DE102020204698A1

DE102020204698A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102020204698A1
Application number: DE102020204698.0A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Gozawa; Kenji Ban
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2020-10-22
Also published as: CN111834917B; CN111834917A; US10714908B1; JP2020177743A; JP6986042B2

Abstract

[Ziel] Bereitstellung einer Zündkerze, die in der Lage ist, die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit von der Innenseite einer Kerzenkappe zu einem Durchgangsloch zu erhöhen.
[Lösung] Eine Zündkerze enthält eine Mittelelektrode; eine Metallhülle, die die Mittelelektrode an einem äußeren Umfang der Mittelelektrode in isolierenderWeise hält; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass zwischen der Mittelelektrode und einem Endabschnitt der Masseelektrode ein Funkenspalt gebildet wird; und eine mit der Metallhülle verbundene Kerzenkappe, wobei die Kerzenkappe die Mittelelektrode und den Endabschnitt der Masseelektrode von vorne bedeckt und in einem Bereich vor der Masseelektrode ein Durchgangsloch aufweist. Eine Innenfläche der Kerzenkappe hat mindestens einen Grat in einem ersten Bereich, der sich vor einem inneren offenen Ende des Durchgangslochs befindet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit einer Vorkammer fürden Brennraum eines Motors.
Beschreibung des technischen Hintergrundes
Eine Zündkerze mit einer Vorkammer für den Brennraum eines Motors ist bekannt. Dieser Zündkerzentyp enthält eine Kerzenkappe, die mit einer Metallhülle verbunden ist und ein Durchgangsloch aufweist. Der Kerzenkappe ist im Brennraum freiliegend, so dass die Vorkammer im Brennraum vorgesehen ist. Die Zündkerze entzündet brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus der Brennkammer durch das Durchgangsloch in die Kerzenkappe geflossen ist. Das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch wird verbrannt, um einen Expansionsdruck zu erzeugen, der einen Gasstrom einschließlich Flamme durch das Durchgangsloch in die Brennkammer einspritzt. Das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer wird durch den eingespritzten Flammenstrom verbrannt. Das Patentdokument 1 (insbesondere 26) offenbart eine Zündkerze mit einer Kerzenkappe, die eine Innenfläche aufweist, auf der in einem Bereich hinter den Durchgangslöchern Grate gebildet sind, so dass die Querschnittsfläche der Vorkammer nach hinten hin allmählich zunimmt.
Zitierliste
Patent-Literatur
PTL 1: Veröffentlichung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2006-144648
Gemäß der in Patentdokument 1 offengelegten Technologie wird jedoch, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Brennkammer durch die Durchgangslöcher in die Kerzenkappe fließt, die Kerzenkappe, die in der Brennkammer freiliegt, durch das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch gekühlt. Insbesondere wird die Temperatur eines vorderen Teils der Kerzenkappe niedriger als die Temperatur eines hinteren Teils der Kerzenkappe. Dadurch wird die Temperatur des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem vorderen Bereich in der Kerzenkappe reduziert. Dementsprechend wird im Bereich um das vordere Ende der Kerzenkappe die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit entsprechend der Verringerung der Temperatur des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches reduziert. Wenn die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit von der Innenseite der Kerzenkappe zu den Durchgangslöchern hin verringert wird, wird die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Brennkammer nachteilig beeinflusst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze bereitzustellen, die in der Lage ist, die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung von der Innenseite einer Kerzenkappe zu einem Durchgangsloch zu erhöhen.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, enthält eine Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung eine Mittelelektrode; eine Metallhülle, die die Mittelelektrode an einem äußeren Umfang der Mittelelektrode isolierend hält; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass zwischen der Mittelelektrode und einem Endabschnitt der Masseelektrode ein Funkenspalt gebildet wird; und eine mit der Metallhülle verbundene Kerzenkappe, wobei die Kerzenkappe die Mittelelektrode und den Endabschnitt der Masseelektrode von vorne bedeckt und in einem Bereich vor der Masseelektrode ein Durchgangsloch aufweist. Eine Innenfläche der Kerzenkappe hat mindestens einen Grat in einer ersten Region, der sich vor einem inneren offenen Ende des Durchgangslochs befindet.
Bei einer Zündkerze eines ersten Aspekts umfasst die Innenfläche der Kerzenkappe die erste Region, in der mindestens ein Grat vor dem inneren offenen Ende des Durchgangslochs ausgebildet ist. Daher kann der Fluss des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Nähe der ersten Region stärker gestört werden, als wenn die erste Region keine Rippen aufweist. Der Einfluss des Unterbrechungsgrades der Strömung des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches auf eine Erhöhung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit ist größer als der Einfluss der Temperatur des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches auf die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit. Daher kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit trotz der Verringerung der Temperatur des brennbaren Luft-Brennstoff-Gemisches erhöht werden. Dadurch kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit von der Innenseite der Kerzenkappe zur Durchgangsbohrung hin erhöht werden.
Nach einer Zündkerze eines zweiten Aspekts ist die Größe des Grats so, dass die Länge des Grats in Umfangsrichtung der Innenfläche größer ist als die Länge des Grats in axialer Richtung der Innenfläche. Daher kann leicht eine turbulente Strömung erzeugt werden, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus der Brennkammer durch das Durchgangsloch in die Kerzenkappe geflossen ist, entlang der ersten Region in axialer Linienrichtung strömt. Daher können nicht nur die Auswirkungen des ersten Aspekts erzielt werden, sondern auch die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden.
Bei einer Zündkerze eines dritten Aspekts ist der Grat über den gesamten Umfang der Innenfläche des Kerzensteins durchgehend. Daher kann die turbulente Strömung leichter erzeugt werden als wenn ein Teil des Gesamtumfangs der Innenfläche der Zündkerzenkappe mit dem Grat versehen ist. Dementsprechend können nicht nur die Effekte des ersten und zweiten Aspekts erzielt werden, sondern auch die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden.
Bei einer Zündkerze eines vierten Aspekts hat die Innenfläche der Kerzenkappe zusätzlich den Grat in einer zweiten Region, der vor der Masseelektrode und hinter dem inneren offenen Ende liegt. Daher kann die turbulente Strömung leicht erzeugt werden, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus der Brennkammer durch das Durchgangsloch in die Kerzenkappe geflossen ist, entlang der zweiten Region nach hinten fließt. Darüber hinaus kann die turbulente Strömung auch leicht erzeugt werden, wenn der Gasstrom einschließlich der Flamme entlang der zweiten Region nach vorne strömt. Daher können nicht nur die Auswirkungen des ersten bis dritten Aspekts erzielt werden, sondern auch die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden.
Figurenliste

1 ist eine Teilschnittansicht einer Zündkerze nach einer Ausführungsform;
2 ist ein vergrößerter Schnitt des Teils II der in 1 gezeigten Zündkerze;
3 ist ein vergrößerter Schnitt des Teils III der in 2 gezeigten Zündkerze;
4 ist eine schematische Draufsicht auf eine erste Region in Richtung des Pfeils IV in 2; und
5 ist ein vergrößerter Schnitt von Teil V der Zündkerze, der in 2 dargestellt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Teilschnittansicht einer Zündkerze 10 nach einer Ausführungsform. Die Unterseite von 1 ist als die Vorderseite der Zündkerze 10 und die Oberseite von 1 als die Rückseite der Zündkerze 10 definiert. Dies gilt auch für 2. 1 zeigt einen Querschnitt eines vorderen Endteils der Zündkerze 10 einschließlich einer axialen Linie O. Wie in 1 dargestellt, enthält die Zündkerze 10 einen Isolator 11, eine Mittelelektrode 13, eine Metallhülle 20, eine Masseelektrode 30 und eine Kerzenkappe 40.
Der Isolator 11 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element mit einer axialen Bohrung 12, die sich entlang der axialen Linie O erstreckt, und ist aus einer Keramik, wie z.B. Aluminiumoxid, die gute mechanische Eigenschaften und hohe Isolationseigenschaften bei hohen Temperaturen aufweist, gemacht. Die Mittelelektrode 13 ist in einer vorderen Region der axialen Bohrung 12 im Isolator 11 angeordnet. Die Mittelelektrode 13 ist elektrisch mit einem Metallanschluss 14 in der axialen Bohrung 12 verbunden. Der Metallanschluss 14 ist ein stabförmiges Element, an das ein Hochspannungskabel (nicht abgebildet) angeschlossen ist, und ist aus einem leitfähigen Metallmaterial (z.B. kohlenstoffarmer Stahl) aufgebaut. Der Metallanschluss 14 ist am hinteren Ende des Isolators 11 befestigt.
Die Metallhülle 20 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element aus einem leitfähigen Metallmaterial (z.B. kohlenstoffarmer Stahl). Die Metallhülle 20 umfasst einen vorderen Endabschnitt 22 mit einem Außengewinde 21, das auf einer äußeren Umfangsfläche davon ausgebildet ist, einen Sitzabschnitt 23, der sich neben und hinter dem vorderen Endabschnitt 22 befindet, und einen Werkzeugeingriffsabschnitt 24, der hinter dem Sitzabschnitt 23 vorgesehen ist. Das Außengewinde 21 wird in eine Gewindebohrung 2 in einem Motor 1 geschraubt. Der Sitzabschnitt 23 ist ein Abschnitt, der einen Zwischenraum zwischen der Gewindebohrung 2 im Motor 1 und dem Außengewinde 21 abdichtet und einen Außendurchmesser hat, der größer als der Außendurchmesser des Außengewindes 21 ist. Der Werkzeugeingriffsteil 24 greift in ein Werkzeug, wie z.B. einen Schraubenschlüssel, der zum Einschrauben des Außengewindes 21 in die Gewindebohrung 2 im Motor 1 verwendet wird.
Die Masseelektrode 30 ist ein stabförmiges Element aus einem Metallmaterial, das z.B. Ni als Hauptkomponente enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Masseelektrode 30 an einer Stelle angeordnet, an der das Außengewinde 21 vorgesehen ist, und erstreckt sich durch den vorderen Endabschnitt 22, um in das Innere des vorderen Endabschnitts 22 zu ragen. Ein Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 liegt der Mittelelektrode 13 gegenüber. Die Kerzenkappe 40 ist mit dem vorderen Endabschnitt 22 der Metallhülle 20 verbunden.
Die Kerzenkappe 40 ist ein Teil, der die Mittelelektrode 13 und den Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 von vorne abdeckt. Die Kerzenkappe 40 ist aus einem Metallmaterial aufgebaut, das z.B. Ni als Hauptkomponente enthält. Die Kerzenkappe 40 hat mindestens ein Durchgangsloch 41 in einem Bereich vor der Masseelektrode 30. In der vorliegenden Ausführungsform sind in der Kerzenkappe 40 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 41 ausgebildet. Beim Einbau der Zündkerze 10 durch Einschrauben des Außengewindes 21 in die Gewindebohrung 2 im Motor 1 liegt die Kerzenkappe 40 in einem Brennraum 3 des Motors 1 frei. Die Durchgangsbohrungen 41 verbinden eine Vorkammer 42, die von der Metallhülle 20 und der Kerzenkappe 40 umgeben ist, mit dem Brennraum 3.
2 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung von Teil II der in 1 gezeigten Zündkerze 10 einschließlich der Axiallinie O. Der vordere Endabschnitt 22 der Metallhülle 20 hat eine Aussparung 25, die in einem Bereich, in dem das Außengewinde 21 vorgesehen ist, radial nach innen versetzt ist. Der vordere Endabschnitt 22 hat auch ein Loch 26, das dünner als die Aussparung 25 ist, in einem Bereich radial innerhalb der Aussparung 25. Das Loch 26 erstreckt sich in radialer Richtung durch den vorderen Endabschnitt 22. Der andere Endabschnitt 32 der Masseelektrode 30 wird in das Loch 26 eingeführt und durch einen geschweißten Abschnitt 27 mit dem vorderen Endabschnitt 22 verbunden.
Zwischen dem Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 und der Mittelelektrode 13 wird ein Funkenspalt 33 gebildet. Da die Masseelektrode 30 mit der Metallhülle 20 in dem Bereich verbunden ist, in dem das Außengewinde 21 vorgesehen ist, wird die Wärme von der Masseelektrode 30 über das Außengewinde 21 auf den Motor 1 übertragen.
Jedes Durchgangsloch 41 hat ein äußeres offenes Ende 47 in einer Außenfläche 43 der Kerzenkappe 40 und ein inneres offenes Ende 48 in einer Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40. Das innere offene Ende 48 jedes Durchgangslochs 41 ist vor dem Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 positioniert. Jedes Durchgangsloch 41 ist nach vorne in Richtung vom inneren offenen Ende 48 zum äußeren offenen Ende 47 davon geneigt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die hinteren Enden 49 der inneren offenen Enden 48 der Durchgangslöcher 41 alle auf einer Ebene 50 senkrecht zur axialen Linie O positioniert. Die Kerzenkappe 40 ist mit dem vorderen Endabschnitt 22 der Metallhülle 20 durch einen geschweißten Abschnitt 51 verbunden.
Die Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 ist in eine erste Region 45, die sich vor den inneren offenen Enden 48 der Durchgangslöcher 41 befindet, und eine zweite Region 46, der sich hinter der ersten Region 45 befindet, unterteilt. Die erste Region 45 ist ein Teil der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40, der sich vor einem Querschnitt der Kerzenkappe 40 entlang der Ebene 50 befindet. Die zweite Region 46 ist ein Teil der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40, der sich hinter dem Querschnitt der Kerzenkappe 40 entlang der Ebene 50 befindet. Die erste Region 45 ist kugelkappenförmig, und die zweite Region 46 ist zylindrisch oder kugelzonenförmig. Die erste Region 45 umfasst eine vordere Endfläche 45a, die kreisförmig und flach ist.
3 ist ein vergrößerter Schnitt von Teil III der Zündkerze 10, der in 2 dargestellt ist. Wie in 3 dargestellt, enthält die Kerzenkappe 40 mindestens einen Grat 52 in der ersten Region 45. In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Grate 52 in der ersten Region 45 vorgesehen.
4 ist eine schematische Draufsicht auf die erste Region 45 in Richtung des Pfeils IV in 2. 4 zeigt einen Teil der ersten Region 45 um die vordere Stirnfläche 45a in der Mitte, und eine Region um diesen Teil ist nicht dargestellt. Wie in 4 dargestellt, sind die in der ersten Region 45 gebildeten Grate 52 in dem Teil der ersten Region 45 um die vordere Endfläche 45a herum angeordnet und erstrecken sich in Umfangsrichtung entlang der kreisförmigen vorderen Endfläche 45a. Die Größe jedes Grats 52 ist so, dass die Länge des Grats 52 in der Umfangsrichtung der ersten Region 45 größer ist als die Länge des Grats 52 in der axialen Linienrichtung der ersten Region45. Die erste Region 45 breitet sich sowohl in radialer als auch in axialer Linienrichtung aus. Daher kann die Länge jedes Grats 52 in der axialen Linienrichtung der ersten Region 45 auch als die Länge jedes Grats 52 in der radialen Richtung der ersten Region 45 bezeichnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform hat jeder Grat 52 die Form eines Bogens mit der Axiallinie O in der Mitte, und die Grate 52 sind in Umfangsrichtung so miteinander verbunden, dass die Grate 52 über den gesamten Umfang der ersten Region 45 durchgehend miteinander verbunden sind. 4 ist jedoch ein schematisches Diagramm und zeigt daher nicht die Teile der bogenförmigen Grate 52, die in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind. Die Grate 52, die überden gesamten Umfang der ersten Region 45 durchgehend miteinander verbunden sind, sind konzentrisch um die axiale Linie O angeordnet. Die konzentrisch angeordneten Grate 52 liegen in der radialen Richtung der ersten Region 45 nebeneinander. Die Grate 52 werden über den gesamten Bereich eines Teils der ersten Region 45 mit Ausnahme der vorderen Endfläche 45a gebildet.
Wiederum unter Bezugnahme auf 3 erstreckt sich eine Profilkurve 53 der Oberfläche der ersten Region 45 radial nach innen (in 3 nach rechts) mit zunehmendem Abstand nach vorne (in 3 nach unten). Die Profilkurve 53 ist eine Schnittlinie zwischen einer Ebene, die die axiale Linie O (Ebene von Bild 3) enthält, und der ersten Region 45. Es ist nicht notwendig, dass die Gesamtheit der Profilkurve 53 mit zunehmendem Abstand nach vorne radial nach innen geneigt ist. Allerdings ist zumindest ein Teil der Profilkurve 53 in dieser Weise geneigt. Die Profilkurve 53 wird z.B. dadurch bestimmt, dass die Oberflächeneigenschaften der ersten Region 45 gemäß JIS B0601:2013 mit einem optischen berührungslosen Oberflächenrauheitsmessgerät erfasst und kurz- und langwellige Komponenten aus der erhaltenen Kurve mit Hilfe eines Filters entfernt werden.
Eine Höhe H und eine Länge T jedes Grats 52 kann aus der Profilkurve 53 bestimmt werden. Die Höhe H jedes Grats 52 ist der Abstand zwischen einem Scheitelpunkt 56 des Grats 52 und einem Liniensegment 55, das benachbarte Wurzeln 54 des Grats 52 auf der Profilkurve 53 verbindet. Die Länge T des Grats 52 ist die Länge des Liniensegments 55. Die Höhen H und die Längen T der Grate 52 werden entsprechend eingestellt. Zum Beispiel werden die Grate 52 so geformt, dass ihre Höhen H im Bereich von 2 bis 10 µm und ihre Längen T im Bereich von 10 bis 50 µm liegen. Die Höhen H und die Längen T der Grate 52 liegen vorzugsweise in diesen Bereichen, weil eine Gasströmung in radialer Richtung (axiale Linienrichtung) der ersten Region 45 stärker gestört werden kann.
5 ist ein vergrößerter Schnitt von Teil V der Zündkerze 10, der in 2 dargestellt ist. Wie in 5 dargestellt, enthält die Zündkerzenkappe 40 auch mindestens einen Grat 57, der sich in der zweiten Region 46 in Umfangsrichtung erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform sind in der zweiten Region 46 eine Vielzahl von Graten 57 vorgesehen. Die Größe jedes Grats 57 ist so, dass die Länge des Grats 57 in Umfangsrichtung der zweiten Region 46 größer ist als die Länge des Grats 57 in axialer Linienrichtung der zweiten Region 46.
In der vorliegenden Ausführungsform hat jeder Grat 57 die Form eines Bogens mit der Axiallinie O in der Mitte, und die Grate 57 sind in Umfangsrichtung so miteinander verbunden, dass die Grate 57 über den gesamten Umfang der zweiten Region 46 kontinuierlich miteinander verbunden sind. Die Grate 57, die über den gesamten Umfang der zweiten Region 46 durchgehend miteinander verbunden sind, sind konzentrisch um die axiale Linie O angeordnet. Die konzentrisch angeordneten Grate 57 sind in der axialen Linienrichtung der zweiten Region 46 nebeneinander angeordnet. Die Grate 57 sind über den gesamten Umfang der zweiten Region 46 gebildet.
Eine Profilkurve 58 der Oberfläche der zweiten Region 46 erstreckt sich radial nach innen (rechts in 5) mit zunehmendem Abstand nach vorne (unten in 5). Die Profilkurve 58 ist eine Schnittlinie zwischen einer Ebene, die die axiale Linie O (Ebene von 5) einschließt, und der zweiten Region 46. Es ist nicht notwendig, dass die gesamte Profilkurve 58 mit zunehmendem Abstand nach vorne radial nach innen geneigt ist. Allerdings ist zumindest ein Teil der Profilkurve 58 in dieser Weise geneigt. Die Profilkurve 58 kann mit einer Methode bestimmt werden, die der Methode zur Bestimmung der Profilkurve 53 der ersten Region 45 ähnlich ist.
Ähnlich wie bei den Graten 52 in der ersten Region 45 werden die Höhen H und die Längen T (nicht dargestellt) der Grate 57, die aus der Profilkurve 58 bestimmt werden, entsprechend eingestellt. Die grate 57 werden beispielsweise so geformt, dass ihre Höhen H im Bereich von 2 bis 10 µm und ihre Längen T im Bereich von 10 bis 50 µm liegen. Die Höhen H und die Längen T der Grate 57 liegen vorzugsweise in diesen Bereichen, da ein Gasstrom in axialer Richtung der zweiten Region 46 stärker gestört werden kann.
Die Grate 52 und 57 können z.B. dann gebildet werden, wenn ein Werkstück, aus dem die Kerzenkappe 40 gebildet wird, zusammen mit einer Hauptwelle einer Drehbank o.ä. gedreht wird und wenn ein auf einem Pendeltisch angeordnetes Schneidwerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gebracht und in Links-Rechts- und Vorwärts-Rückwärts-Richtung bewegt wird, um die Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 durch einen Schneidvorgang zu bilden. Die Grate 52 und 57 sind so geformt, dass ihr Zentrum auf der Drehachse der Hauptwelle liegt. An der vorderen Stirnfläche 45a, die die Drehachse der Hauptwelle senkrecht schneidet, werden keine Grate 52 gebildet. Die Längen der Grate 52 und 57 in Richtung der Axiallinie und in Umfangsrichtung können auf der Grundlage der Geschwindigkeit, mit der das Schneidwerkzeug bewegt wird, angepasst werden. Nachdem die Grate 52 und 57 auf der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 gebildet wurden, werden die Durchgangslöcher 41 in der Kerzenkappe 40 z.B. durch einen Schneidvorgang gebildet.
Der Schneidprozess mit einem Schneidwerkzeug ist ein Beispiel für ein Verfahren zur Bildung der Grate 52 und 57, und die Grate 52 und 57 können natürlich auch durch ein anderes Verfahren gebildet werden. Ein Beispiel für ein anderes Verfahren ist die Laserbearbeitung, bei der die Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, während Hilfsgas dagegen geblasen wird, um das geschmolzene Teil zu entfernen. Alternativ kann die Kerzenkappe 40, auf der die Grate 52 und 57 gebildet werden, pulvermetallurgisch hergestellt werden.
Als Reaktion auf eine Ventilbetätigung des Motors 1 (siehe 1) strömt das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Brennkammer 3 durch die Durchgangslöcher 41 in die Kerzenkappe 40 der Zündkerze 10, die am Motor 1 befestigt ist. Die Strömung des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches, das in die Kerzenkappe 40 eingetreten ist, ist eine turbulente Strömung. Die Zündkerze 10 verursacht eine Entladung zwischen der Mittelelektrode 13 und der Masseelektrode 30, um einen Flammenkern in der Funkenstrecke 33 zu erzeugen. Wenn der Flammenkern wächst, wird das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Kerzenkappe 40 gezündet und verbrannt. Die Verbrennung erzeugt einen Expansionsdruck, so dass die Zündkerze 10 einen Gasstrom einschließlich Flamme durch jedes Durchgangsloch 41 in die Brennkammer 3 einspritzt. Das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 3 wird durch den eingespritzten Flammenstrom verbrannt.
Wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Brennkammer 3 durch die Durchgangslöcher 41 in die Kerzenkappe 40 strömt, wird die Kerzenkappe 40, die in der Brennkammer 3 freiliegt, durch das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch gekühlt. Dementsprechend wird die Temperatur eines vorderen Teils der Kerzenkappe 40 niedriger als die Temperatur eines hinteren Teils der Kerzenkappe 40, der in der Nähe des als Wärmequelle dienenden Isolators 11 angeordnet ist. Dadurch wird die Temperatur des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem vorderen Bereich in der Kerzenkappe 40 reduziert. Dementsprechend kann in dem Bereich in der Kerzenkappe 40 um das vordere Ende herum die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit entsprechend der Verringerung der Temperatur des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches reduziert werden.
Da jedoch die Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 die erste Region 45, in der mindestens ein Grat 52 gebildet ist, vor den inneren offenen Enden 48 der Durchgangslöcher 41 einschließt, kann der Strom des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches stärker gestört werden, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch entlang der ersten Region 45 fließt, als wenn die erste Region 45 keine Grate aufweist. Die Strömung des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches wird durch die erste Region 45 sowohl beim Einströmen des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches in die Kerzenkappe 40 als auch beim Ausströmen des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches aus der Kerzenkappe 40 gestört. Der Einfluss des Unterbrechungsgrades der Strömung des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches auf eine Erhöhung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit ist größer als der Einfluss der Temperatur des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches auf die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit. Daher kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit trotz der Verringerung der Temperatur des brennbaren Luft-Brennstoff-Gemisches erhöht werden. Dadurch kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit vom Inneren der Kerzenkappe 40 zu den Durchgangslöchern 41 erhöht werden. Dadurch kann das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 3 schnell verbrannt werden.
Die Größe jedes Grats 52 der Zündkerze 10 ist so bemessen, dass die Länge des Grats 52 in Umfangsrichtung der Innenfläche 44 größer ist als die Länge des Grats 52 in Richtung der Axiallinie der Innenfläche 44. Daher ist es wahrscheinlicher, dass das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von der Brennkammer 3 durch die Durchgangslöcher 41 in die Kerzenkappe 40 geflossen ist, mit den Graten 52 in Kontakt kommt, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch entlang der ersten Region 45 in axialer Linienrichtung (radiale Richtung) strömt, und die turbulente Strömung kann leicht erzeugt werden. Entsprechend kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit weiter erhöht werden.
Die Grate 52 sind über den gesamten Umfang der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 durchgehend. Daher ist es wahrscheinlicher, dass das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch mit den Graten 52 in Kontakt kommt, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch entlang der ersten Region 45 in axialer Richtung (radiale Richtung) strömt, als wenn die Rippen in einem Teil des gesamten Umfangs der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 vorgesehen sind, und die turbulente Strömung kann leichter erzeugt werden. Entsprechend kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit weiter erhöht werden.
Die Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 enthält zusätzlich die Grate 57 in der zweiten Region 46, der vor der Masseelektrode 30 und hinter den inneren offenen Enden 48 liegt. Daher kann die turbulente Strömung auch dann leicht erzeugt werden, wenn das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus der Brennkammer 3 durch die Durchgangslöcher 41 in die Kerzenkappe 40 geflossen ist, entlang der zweiten Region 46 nach hinten strömt. Darüber hinaus kann die turbulente Strömung auch dann leicht erzeugt werden, wenn der Gasstrom einschließlich der Flamme entlang der zweiten Region 46 nach vorne strömt. Daher kann die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit durch die Grate 57 hinter den inneren offenen Enden 48 weiter erhöht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf der Grundlage einer Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es ist leicht verständlich, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung verschiedene Verbesserungen und Modifikationen möglich sind. So sind z.B. die Form der Kerzenkappe 40, die Anzahl, Formen, Größen usw. der Durchgangslöcher 41 sowie die Höhen H und Längen T der grate 52 und 57 nur Beispiele und können entsprechend eingestellt werden.
Obwohl die Kerzenkappe 40 in der Ausführung mit der Metallhülle 20 verschweißt ist, ist die Kerzenkappe nicht unbedingt darauf beschränkt. So kann die Kerzenkappe beispielsweise ein vorderer Endabschnitt eines rohrförmigen Elements mit einem geschlossenen vorderen Ende sein, das mit dem vorderen Endabschnitt 22 der Metallhülle 20 verbunden ist. Das rohrförmige Element ist so angeordnet, dass es den äußeren Umfang des vorderen Endabschnitts 22 der Metallhülle 20 umgibt. Ein an der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements ausgebildetes Außengewinde wird in das Gewindeloch 2 im Motor 1 eingeschraubt.
Das rohrförmige Element (Kerzenkappe) kann mit dem vorderen Endabschnitt 22 der Metallhülle 20 verbunden werden, indem beispielsweise ein Innengewinde an einer inneren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements gebildet und das Innengewinde auf das am vorderen Endabschnitt 22 gebildete Außengewinde 21 aufgeschraubt wird. Alternativ können ein hinterer Endabschnitt des rohrförmigen Elements und der Sitzabschnitt 23 der Metallhülle 20 z.B. durch Schweißen miteinander verbunden werden. Alternativ kann ein Flansch am hinteren Endabschnitt des rohrförmigen Elements gebildet werden, und der Sitzabschnitt 23 der Metallhülle 20 und der Flansch können z.B. durch Schweißen miteinander verbunden werden. Das rohrförmige Element kann beispielsweise aus einem Metallmaterial, wie einer Legierung auf Nickelbasis, oder aus einer Keramik, wie Siliziumnitrid, hergestellt sein.
Obwohl die Masseelektrode 30, die sich durch den vorderen Endabschnitt 22 der Metallhülle 20 erstreckt, an einer Stelle angeordnet ist, an der das Außengewinde 21 in der Ausführungsform vorgesehen ist, ist die Position der Masseelektrode nicht unbedingt darauf beschränkt. Die Kerzenkappe kann z.B. so angeordnet sein, dass die vordere Endfläche des vorderen Endabschnitts 22 der Metallhülle 20 freiliegt, und die Masseelektrode kann natürlich mit der vorderen Endfläche des vorderen Endabschnitts 22 verbunden werden. Die Masseelektrode kann entweder eine gerade oder eine gebogene Form haben. Die Masseelektrode kann mit der Kerzenkappe verbunden werden.
Obwohl die inneren offenen Enden 48 der Durchgangslöcher 41 in einem Querschnitt der Kerzenkappe 40 entlang einer Ebene erscheinen, die die axiale Linie O in der Ausführung einschließt, sind die Durchgangslöcher nicht unbedingt darauf beschränkt. Die Durchgangslöcher können natürlich in der Kerzenkappe 40 so ausgebildet sein, dass die Positionen ihrer inneren offenen Enden relativ zur Axiallinie O so verschoben sind, dass die inneren offenen Enden nicht in einem Querschnitt entlang einer Ebene erscheinen, die die Axiallinie O einschließt. In einem solchen Fall können die Positionen der inneren offenen Enden der Durchgangslöcher auf der Grundlage der inneren offenen Enden bestimmt werden, die in einem Querschnitt der Kerzenkappe 40 entlang einer Ebene parallel zur Axiallinie O erscheinen. Die erste Region 45 und die zweite Region 46 werden auf der Grundlage der ermittelten Positionen der inneren offenen Enden der Durchgangslöcher bestimmt.
In der Ausführungsform ist ein Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 vor der Mittelelektrode 13 angeordnet, so dass der Funkenspalt 33 vor der Mittelelektrode 13 gebildet wird. Der Funkenspalt 33 ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Zum Beispiel kann ein Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 natürlich so angeordnet sein, dass er von einer Seitenfläche der Mittelelektrode 13 beabstandet ist, so dass der Funkenspalt 33 zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode 13 und dem Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 gebildet wird. Zusätzlich kann natürlich eine Vielzahl von Masseelektroden 30 vorgesehen sein, um eine Vielzahl von Funkenspalten 33 zu bilden.
In der Ausführungsform sind die hinteren Enden 49 der inneren offenen Enden 48 der Durchgangslöcher41 alle auf der Ebene 50 senkrecht zur Axiallinie O positioniert. Mit anderen Worten befinden sich die hinteren Enden 49 der inneren offenen Enden 48 in axialer Linienrichtung an der gleichen Position. Die Anordnung der hinteren Enden 49 ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Die hinteren Enden 49 der inneren offenen Enden 48 können sich natürlich an verschiedenen Positionen in axialer Linienrichtung befinden. Wenn sich die hinteren Enden 49 der inneren offenen Enden 48 an verschiedenen Positionen in axialer Linienrichtung befinden, ist die erste Region45 ein Teil der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40, der sich vor einem Querschnitt der Kerzenkappe 40 befindet, der entlang einer Ebene senkrecht zur axialen Linie O genommen wird und durch eines der hinteren Enden 49 der inneren offenen Enden 48 verläuft, das dem hinteren Ende der Zündkerze 10 am nächsten liegt. Die zweite Region 46 ist ein Teil der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40, der sich hinter der ersten Region 45 befindet.
In der Ausführungsform sind die Grate 52 über die gesamte Region eines Teils der ersten Region 45 mit Ausnahme der vorderen Endfläche 45a und die Grate 57 über die gesamte zweite Region 46 gebildet. Die Grate 52 und 57 sind jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Die Grate 52 können natürlich in einem Teil der ersten Region 45 einschließlich der Frontfläche 45a gebildet werden, und die Grate 57 können natürlich in einem Teil der zweiten Region 46 gebildet werden.
In der Ausführungsform haben die Grate 52 und 57 jeweils die Form eines Bogens mit der Axiallinie O in der Mitte, und die Grate 52 und 57 sind in Umfangsrichtung so miteinander verbunden, dass die Grate 52 über den gesamten Umfang der ersten Region 45 und die Grate 57 über den gesamten Umfang der zweiten Region 46 kontinuierlich miteinander verbunden sind. Die Grate 52 und 57 sind jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. So können die Grate 52 und 57 natürlich in Teilen des Umfangs der Innenfläche 44 der Kerzenkappe 40 vorgesehen sein oder in einer schraubenförmigen (spiralförmigen) Form ausgebildet sein.
Wenn die Grate 52 und 57 durch einen Schneidprozess gebildet werden, können die Grate 52 und 57 in einer schraubenförmigen Form gebildet werden, indem das Werkstück zusammen mit der Hauptwelle langsam gedreht und das Schneidwerkzeug langsam in Links-Rechts- und Vorwärts-Rückwärts-Richtung bewegt wird, während das Schneidwerkzeug gegen das Werkstück gedrückt wird. Ein einzelner Grat 52 kann vorgesehen werden, wenn der Grat 52 eine spiralförmige Form hat und sich in der ersten Region 45 kontinuierlich erstreckt. Ein einzelner Grat 57 kann vorgesehen werden, wenn der Grat 57 eine spiralförmige Form hat und sich kontinuierlich in der zweiten Region 46 erstreckt. Natürlich können mehrere schraubenförmige Grate 52 in der ersten Region 45 und mehrere schraubenförmige Grate 57 in der zweiten Region 46 vorgesehen werden. Wenn mehrere schraubenförmige Grate 52 und mehrere schraubenförmige Grate 57 vorgesehen sind, können die schraubenförmigen Grate 52 und 57 in mehreren Schraubenlinienmustern oder in axialer Linienrichtung nebeneinander angeordnet werden.
Obwohl die Grate 57 in der zweiten Region 46 in der Ausführungsform gebildet werden, ist die zweite Region 46 nicht unbedingt darauf beschränkt. Die zweite Region 46 kann natürlich keine Grate 57 aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006144648 [0003]

Claims

Eine Zündkerze enthaltend: eine Mittelelektrode; eine Metallhülle, die die Mittelelektrode an einem äußeren Umfang der Mittelelektrode isolierend hält; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass zwischen der Mittelelektrode und einem Endabschnitt der Masseelektrode ein Funkenspalt gebildet wird; und eine Kerzenkappe, die mit der Metallhülle verbunden ist, wobei die Kerzenkappe die Mittelelektrode und den Endabschnitt der Masseelektrode von vorne bedeckt und in einem Bereich vor der Masseelektrode ein Durchgangsloch aufweist, wobei eine Innenfläche der Kerzenkappe mindestens einen Grat in einem ersten Bereich aufweist, der sich vor einem inneren offenen Ende des Durchgangslochs befindet.
Die Zündkerze nach Anspruch 1, wobei eine Größe des Grats so ist, dass eine Länge des Grats in einer Umfangsrichtung der inneren Oberfläche größer ist als eine Länge des Grats in einer axialen Linienrichtung der inneren Oberfläche.
Die Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grat über den gesamten Umfang der Innenfläche durchgehend ist.
Die Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Innenfläche der Kerzenkappe zusätzlich den Grat in einem zweiten Bereich aufweist, der vor der Masseelektrode und hinter dem inneren offenen Ende liegt.