DE102020207440A1

DE102020207440A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102020207440A1
Application number: DE102020207440.2A
Authority: DE
Inventors: Seiji Nakano; Kengo Fujimura; Shoma Tsumagari
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2020-12-24
Also published as: CN112103770A; JP2020205189A; US11005237B2; CN112103770B; JP6942159B2; US20200403386A1

Abstract

Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, das sich von einer Rückseite zu einer Vorderseite erstreckt; eine Mittelelektrode, die zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der vorderen Seite eingesetzt ist; ein metallisches Anschlusselement, das zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der hinteren Seite eingesetzt ist; und eine Dichtung, die innerhalb des Durchgangslochs und in Kontakt mit der Mittelelektrode und einer Innenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist. Die Dichtung enthält ein Glas und eine elektrisch leitende Substanz, und das in der Dichtung enthaltene Glas enthält Si in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr, reduziert zu SiO2, und Na in einer Menge von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-%, reduziert zu Na2O.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmlicherweise wird eine Zündkerze verwendet, um Kraftstoff in einer Vorrichtung zu entzünden, in der Kraftstoff verbrannt wird (zum Beispiel in einem Verbrennungsmotor). Die Zündkerze umfasst zum Beispiel einen Isolator mit einem Durchgangsloch, eine Mittelelektrode, die zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der vorderen Seite eingesetzt ist, ein metallisches Anschlusselement, das zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der hinteren Seite eingesetzt ist und eine Dichtung, die im Durchgangslochs und in Kontakt mit der Mittelelektrode und einer Innenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist. Die Dichtung enthält zum Beispiel Glas. Der Stand der Technik umfasst die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2005-340171 ; die japanische Kohyo (PCT) Patentveröffentlichung Nr. 2009-545860 ; und die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2007-179788 .
Wenn der SiO₂-Gehalt des Glases hoch ist, verbessert sich die Wärmebeständigkeit der Dichtung, da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases sinkt. In diesem Fall wird das Glas jedoch hart. In dem Fall, in dem das Glas ferner Natrium (Na) enthält, da der Erweichungspunkt des Glases sinkt, kann eine geeignete Dichtung gebildet werden. In einigen Fällen verschlechtert sich jedoch infolge der Diffusion von Na von der Dichtung in den Isolator die Spannungsfestigkeitsleistung des Isolators.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Technik, die in der Lage ist, die Verschlechterung der Spannungsfestigkeitsleistung eines Isolators einer Zündkerze mit einer Dichtung, die Glas enthält, einzudämmen.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Die in der vorliegenden Erfindung offengelegte Technik kann in den folgenden Anwendungsbeispielen implementiert sein.
[Anwendungsbeispiel 1]
Eine Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, das sich von einer Rückseite zu einer Vorderseite erstreckt; eine Mittelelektrode, die zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der vorderen Seite eingesetzt ist; ein metallisches Anschlusselement, das zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der hinteren Seite eingesetzt ist; und eine Dichtung, die innerhalb des Durchgangslochs und in Kontakt mit der Mittelelektrode und einer Innenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist, wobei die Dichtung ein Glas und eine elektrisch leitende Substanz enthält, und das in der Dichtung enthaltene Glas Si in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr, reduziert zu SiO₂, und Na in einer Menge von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-%, reduziert zu Na₂O, enthält.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann, da die Dichtung, die in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Isolators und mit der Mittelelektrode steht, ein Glas enthält, und das Glas Si in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr, reduziert zu SiO₂, enthält, die Dichtung gemäß der vorliegenden Konfiguration eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweisen. Da das Glas zudem Na in einer Menge von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-%, reduziert zu Na₂O, enthält, kann eine geeignete Dichtung hergestellt, die Diffusion von Natrium in den Isolator begrenzt und eine Verschlechterung der Spannungsfestigkeitsleistung des Isolators eingeschränkt werden.
[Anwendungsbeispiel 2]
Eine Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, das sich von einer Seite am hinteren Ende zu einer Seite am vorderen Ende erstreckt; eine Mittelelektrode, die zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der vorderen Seite eingesetzt ist; ein metallisches Anschlusselement, das zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der hinteren Seite eingesetzt ist; und eine Dichtung, die in dem Durchgangsloch und in Kontakt mit der Mittelelektrode und einer Innenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist, wobei die Dichtung ein Glas und eine elektrisch leitende Substanz enthält, wobei das in der Dichtung enthaltene Glas Si in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr, reduziert zu SiO₂, und Na in einer Menge von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-%, reduziert zu Na₂O, enthält, und wobei das Glas Na in einer Menge von 0,3 Masse-% oder weniger, reduziert zu Na₂O, enthält.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann eine Verschlechterung der Spannungsfestigkeitsleistung des Isolators weiter eingeschränkt werden.
[Anwendungsbeispiel 3]
Eine Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, das sich von einer Rückseite zu einer Vorderseite erstreckt; eine Mittelelektrode, die zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der vorderen Seite eingesetzt ist; ein metallisches Anschlusselement, das zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der hinteren Seite eingesetzt ist; und eine Dichtung, die innerhalb des Durchgangslochs und in Kontakt mit der Mittelelektrode und einer Innenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist, wobei die Dichtung ein Glas und eine elektrisch leitende Substanz enthält, das Glas, das in der Dichtung enthalten ist, Si in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr, reduziert zu SiO₂, und Na in einer Menge von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-%, reduziert zu Na₂O, enthält, und wobei das Glas K in einer Menge von 1 Masse-% bis 8 Masse-%, reduziert zu K₂O, enthält.
Gemäß der vorliegenden Konfiguration kann, da das enthaltene Kalium (K) den Erweichungspunkt des Glases herabsetzt, eine geeignete Dichtung gebildet werden.
Die in der vorliegenden Beschreibung offengelegte Technik kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden; zum Beispiel als eine Zündkerze, eine Zündvorrichtung unter Verwendung der Zündkerze, ein Verbrennungsmotor mit der Zündkerze und ein Verbrennungsmotor mit der Zündvorrichtung, die die Zündkerze aufweist.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A zeigt eine Tabelle TA, die die Beziehung zwischen Testergebnissen und Materialeigenschaften von Proben der Zündkerze darstellt; und 2B zeigt eine Tabelle TB, die die Beziehung zwischen Testergebnissen und Materialeigenschaften von Proben der Zündkerze darstellt;
3A zeigt eine Querschnittsansicht, die teilweise die Zündkerze darstellt und eine Mittelachse CL der Zündkerze umfasst; und 3B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Isolators senkrecht zur Mittelachse CL.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform:
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Zeichnung zeigt eine Mittelachse CL (auch als „Axiallinie CL“ bezeichnet) der Zündkerze 100 und einen flachen Querschnitt der Zündkerze 100, der die Mittelachse CL enthält. Im Folgenden wird eine Richtung parallel zur Mittelachse CL als „Richtung der Axiallinie CL“ oder auch nur als „Axialrichtung“ bezeichnet. Eine radiale Richtung eines auf der Axiallinie CL zentrierten Kreises wird auch als „Radialrichtung“ bezeichnet. Die Radialrichtung ist eine Richtung senkrecht zur Axiallinie CL. Eine Umfangsrichtung eines Kreises, der auf der Axiallinie CL zentriert ist, wird als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Bezüglich der Richtung parallel zur Mittelachse CL wird die Abwärtsrichtung in 1 als eine zur Vorderseite gerichtet Richtung Df oder als Vorwärtsrichtung Df bezeichnet, und die Aufwärtsrichtung als eine zur Rückseite gerichtet Richtung Dfr oder als Rückwärtsrichtung Dfr bezeichnet. Die Vorwärtsrichtung Df erstreckt sich von einem metallischen Anschlusselement 40 zu einer Mittelelektrode 20, wobei diese Elemente später beschrieben werden. Eine Seite in Vorwärtsrichtung Df in 1 wird als eine Vorderseite der Zündkerze 100 bezeichnet, und eine Seite in Rückwärtsrichtung Dfr in 1 wird als eine Rückseite der Zündkerze 100 bezeichnet.
Die Zündkerze 100 weist einen rohrförmigen Isolator 10 mit einem Durchgangsloch 12 (das auch als Axialloch 12 bezeichnet werden kann) auf, das sich von der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite zur in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite erstreckt, eine Mittelelektrode 20, die in dem Durchgangsloch 20 auf der vorderen Seite gehalten wird, eine metallischen Anschlussabschnitt 40, der in dem Durchgangsloch 12 auf der hinteren Seite gehalten wird, ein Zwischenelement 79, das im Durchgangslochs 12 zwischen der Mittelelektrode 20 und dem metallischen Anschlusselement 40 angeordnet ist, eine elektrisch leitende erste Dichtung 72, die mit dem Zwischenelement 79 und der Mittelelektrode 20 in Kontakt steht und das Zwischenelement 79 und die Mittelelektrode 20 elektrisch verbindet, eine elektrisch leitende zweite Dichtung 74, die mit dem Zwischenelement 79 und dem metallischen Anschlusselement in Kontakt steht und das Zwischenelement 79 und das metallische Anschlusselement 40 elektrisch verbindet, eine rohrförmige Metallhülse 50, die am Außenumfang des Isolators 10 befestigt ist, und eine Masseelektrode 30, deren eines Ende mit einer ringförmigen vorderen Stirnfläche 55 der Metallhülse 50 verbunden ist und deren anderes Ende der Mittelelektrode 20 zugewandt ist, wobei ein Entladungsspalt g dazwischen ausgebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Zwischenelement 79 aus einem Widerstandselement 73 gebildet.
Der Isolator 10 ist ein rohrförmiges Element, das sich entlang der Axiallinie CL erstreckt. Der Isolator 10 weist einen Abschnitt 14 mit großem Durchmesser auf, der den größten Außendurchmesser aufweist und an einem mittleren Abschnitt davon ausgebildet ist. Ein Isolatorfuß 13 auf der hinteren Seite, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des Abschnitts 14 mit großem Durchmesser, ist mit einem Ende des Abschnitts 14 mit großem Durchmesser auf der Seite in Rückwärtsrichtung Dfr verbunden. An einem Verbindungsabschnitt 18 zwischen dem Abschnitt 14 mit großem Durchmesser und dem Isolatorfuß 13 auf der hinteren Seite verringert sich der Außendurchmesser des Isolators 10 allmählich in Rückwärtsrichtung Dfr (der Verbindungsabschnitt 18 wird auch als Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 18 bezeichnet).
Der Isolator 10 umfasst einen Körperabschnitt 15 auf der vorderen Seite, der einen kleineren Außendurchmesser als der Abschnitt 14 mit großem Durchmesser aufweist und mit einem Ende des auf der vorderen Seite gelegenen Körperabschnitt 15 auf der Seite in Vorwärtsrichtung Df verbunden. Ein Schenkelabschnitt 19 umfasst das vordere Ende des Isolators 10. An einem Verbindungsabschnitt 16 zwischen dem auf der vorderen Seite gelegenen Körperabschnitt 15 und dem Schenkelabschnitt 19 verringert sich der Außendurchmesser des Isolators 10 allmählich in Vorwärtsrichtung Df (der Verbindungsabschnitt 16 wird auch als Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 oder als Stufenabschnitt 16 bezeichnet). Der auf der vorderen Seite gelegene Körperabschnitt 15 weist einen darin ausgebildeten Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 auf. Der Innendurchmesser des Innendurchmesser-Verringerungsabschnitts 11 nimmt in Vorwärtsrichtung Df allmählich ab.
Vorzugsweise wird der Isolator 10 unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit, der thermischen Festigkeit und der elektrischen Festigkeit gebildet. Der Isolator 10 wird zum Beispiel durch Brennen von Aluminiumoxid gebildet (es können auch andere elektrisch isolierende Materialien verwendet werden).
Die Mittelelektrode 20 ist ein stabförmiges Metallelement, das sich entlang der Axiallinie CL erstreckt. Ein Abschnitt der Mittelelektrode 20 auf der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite wird in einen Abschnitt des Durchgangslochs 12 des Isolators 10 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite eingesetzt. Die Mittelelektrode 20 weist einen Stababschnitt 28 und eine erste Spitze 29, die (zum Beispiel durch Laserschweißen) mit dem vorderen Ende des Stababschnitts 28 verbunden ist, auf. Der Stababschnitt 28 hat einen Kopfabschnitt 24 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite und einen Schaftabschnitt 27, der mit einem Ende des Kopfabschnitts 24 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite verbunden ist. Der Schaftabschnitt 27 weist eine annähernd kreisförmige, säulenförmige Form auf, die sich in Vorwärtsrichtung Df erstreckt. Der Kopfabschnitt 24 umfasst einen Kragenabschnitt 23 mit einem größeren Außendurchmesser als der Schaftabschnitt 27. Ein Abschnitt des Kragenabschnitts 23 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite ist ein Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 25, dessen Außendurchmesser in Vorwärtsrichtung Df allmählich abnimmt. Der Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 25 wird von dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 des Isolators 10 gehalten. Der Schaftabschnitt 27 ist mit der Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite des Außendurchmesser-Verringerungsabschnitts 25 verbunden. Die erste Spitze 29 ist mit einem Ende des Schaftabschnitts 27 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite verbunden.
Der Stababschnitt 28 weist eine Außenschicht 21 und einen Kern 22 auf, der auf der Innenumfangseite der Außenschicht 21 vorgesehen ist. Die Außenschicht 21 ist aus einem Material gebildet, (zum Beispiel einer Legierung, die Nickel als Hauptbestandteil enthält), dessen Oxidationsbeständigkeit besser ist als die des Kerns 22. Die Hauptbestandteil ist der Bestandteil mit dem höchsten Gehalt (Gew.-%). Der Kern 22 ist aus einem Material gebildet (zum Beispiel reines Kupfer oder einer Legierung, die Kupfer als Hauptbestandteil enthält), das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Außenschicht 21. Die erste Spitze 29 ist mit der Außenschicht 21 des Stababschnitts verbunden. Die erste Spitze 29 wird durch Verwendung eines Materials (zum Beispiel eines Edelmetalls, wie Iridium (Ir) oder Platin (Pt)) gebildet, das eine höhere Entladungsbeständigkeit als der Schaftabschnitt 27 aufweist. Ein Abschnitt der Mittelelektrode 20 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite einschließlich der ersten Spitze 29 ragt in Vorwärtsrichtung Df aus dem Axialloch 12 des Isolators 10 hervor. Es sollte beachtet werden, dass auf die erste Spitze 29 verzichtet werden kann. Auch auf den Kern 22 kann verzichtet werden.
Das metallische Anschlusselement 40 ist ein stabförmiges Element, das sich entlang der Axiallinie CL erstreckt. Das metallische Anschlusselement 40 wird durch Verwendung eines elektrisch leitenden Materials (zum Beispiel eines Metalls, das Eisen als Hauptbestandteil enthält) gebildet. Ein stabförmiger Abschnitt 41 des metallischen Anschlusselements 40 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite wird in einen Abschnitt des Axiallochs 12 des Isolators 10 auf der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite eingeführt.
Das Widerstandselement 73 im Durchgangsloch 12 des Isolators 10 ist ein Element zur Unterdrückung von elektrischem Rauschen. Das Widerstandselement 73 wird zum Beispiel durch Verwendung einer Mischung aus Glas, einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Kohlenstoffpartikel) und Keramikpartikeln gebildet. Die Dichtungen 72 und 74 werden durch die Verwendung einer Mischung aus einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Metallpartikel, wie Kupfer- oder Eisenpartikel) und Glas gebildet. Die Mittelelektrode 20 ist über die erste Dichtung 72, das Widerstandselement 73 und die zweite Dichtung 74 elektrisch mit dem metallischen Anschlusselement 40 verbunden. Die erste Dichtung 72 ist in Kontakt mit der Mittelelektrode 20 und einer Innenumfangsfläche 12i des Isolators 10.
Die Elemente 72, 73 und 74 im Durchgangsloch 12 des Isolators 10 werden zum Beispiel wie folgt gebildet. Die Mittelelektrode 20, ein Materialpulver für die erste Dichtung 72, ein Materialpulver für das Widerstandselement 73 und ein Materialpulver für die zweite Dichtung 74 werden in dieser Reihenfolge von einer Öffnung des Durchgangslochs 12 von der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite in das Durchgangsloch 12 des Isolators 10 eingesetzt oder geladen. Der Isolator 10 wird auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als die Erweichungspunkte der Glasmaterialien für die Elemente 72, 73 und 74. In diesem Zustand wird das metallische Anschlusselement 40 in das Durchgangsloch 12 von der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite eingesetzt. Dadurch werden die Materialien der Elemente 72, 73 und 74 zusammengedrückt, wodurch die Elemente 72, 73 und 74 gebildet werden.
Die Metallhülse 50 ist ein rohrförmiges Element mit einem Durchgangsloch 59, das sich entlang der Axiallinie CL erstreckt. Der Isolator 10 wird in das Durchgangsloch 59 der Metallhülse 50 eingesetzt, und die Metallhülse 50 wird am Außenumfang des Isolators 10 befestigt. Die Metallhülse 50 wird durch Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials (zum Beispiel eines Metalls, wie Kohlenstoffstahl mit Eisen als Hauptbestandteil) gebildet. Ein Abschnitt des Isolators 10 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite ragt aus dem Durchgangsloch 59 nach außen vor. Auch ein Abschnitt des Isolators 10 auf der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite ragt aus dem Durchgangsloch 59 nach außen vor.
Die Metallhülse 50 hat einen Werkzeugeingriffsabschnitt 51, einen nach außen vorstehenden Abschnitt 54 und einen auf der Vorderseite gelegenen Körperabschnitt 52. Der Werkzeugeingriffsabschnitt 51 ermöglicht die Montage eines Zündkerzenschlüssels (nicht dargestellt). Der nach außen vorstehende Abschnitt 54 ist ein flanschartiger Abschnitt, der auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite des Werkzeugeingriffsabschnitts 51 angeordnet ist und radial nach außen vorsteht. Eine Fläche 54f des nach außen vorstehenden Abschnitts 54 auf der Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite ist eine Auflagefläche (auch Metallhülsen-Auflagefläche 54f oder lediglich Auflagefläche 54f genannt) und bildet eine Dichtung im Zusammenwirken mit einem Lochbildungsabschnitt (zum Beispiel einem Abschnitt eines Motorkopfes), der ein Abschnitt eines Verbrennungsmotors ist und ein Befestigungsloch aufweist. Der auf der Vorderseite gelegene Körperabschnitt 52 ist mit der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite des nach außen vorstehenden Abschnitts 54 verbunden und umfasst eine vordere Endfläche 55 der Metallhülse 50. Der auf der Vorderseite gelegene Körperabschnitt 52 weist einen Schraubenabschnitt 57 auf, der außen an einer Außenumfangsfläche desselben ausgebildet ist und so angepasst ist, dass er in ein nicht dargestelltes Befestigungsloch des Verbrennungsmotors (auch als Außengewindeabschnitt 57 bezeichnet) eingeschraubt werden kann. Die Axiallinie CL ist eine Mittelachse des Außengewindes des Schraubenabschnitts 57. Das Außengewinde des Schraubenabschnitts 57 verläuft in Richtung der Axiallinie CL.
Eine Ringdichtung 80 ist zwischen der Auflagefläche 54f des nach außen vorstehenden Abschnitts 54 und dem Schraubenabschnitt 57 des auf der Vorderseite gelegenen Körperabschnitts 52 angeordnet. Die Ringdichtung 80 ist an der Metallhülse 50 befestigt und steht in Kontakt mit der Auflagefläche 54f. Wenn die Zündkerze 100 am Motorkopf montiert wird, wird die Ringdichtung 80 zusammengedrückt und verformt sich. Durch die Verformung der Ringdichtung 80 wird ein Spalt zwischen der Zündkerze 100 und dem Motorkopf abgedichtet. Die Ringdichtung 80 wird zum Beispiel aus einem Metall, wie Eisen, gebildet.
Der auf der Vorderseite gelegene Körperabschnitt 52 der Metallhülse 50 hat einen nach innen vorstehenden Abschnitt 56, der sich an einer Innenumfangseite davon befindet und radial nach innen vorsteht. Eine Fläche 56r (auch Rückfläche 56r genannt) des nach innen vorstehenden Abschnitts 56 auf der in Rückwärtsrichtung Dfr gerichteten Seite nimmt im Innendurchmesser allmählich in Vorwärtsrichtung Df ab. Eine auf der Vorderseite gelegene Innendichtung 8 wird zwischen der Rückfläche 56r des nach innen vorstehenden Abschnitts 56 und dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 gehalten. Der nach innen vorstehende Abschnitt 56 stützt indirekt den Stufenabschnitt 16 des Isolators 10 über die Innendichtung 8. Im Nachfolgenden kann der nach innen vorstehende Abschnitt 56 auch als Stützabschnitt 56 bezeichnet werden.
Die Metallhülse 50 hat einen hinteren Endabschnitt 53, der auf der hinteren Seite des Werkzeugeingriffsabschnitts 51 als dessen hinteres Ende ausgebildet ist und eine geringere Wandstärke als der Werkzeugeingriffsabschnitt 51 aufweist. Die Metallhülse 50 hat auch einen Verbindungsabschnitt 58, der zwischen dem nach außen vorstehenden Abschnitt 54 und dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 ausgebildet ist, um den nach außen vorstehenden Abschnitts 54 und den Werkzeugeingriffsabschnitts 51 zu verbinden. Der Verbindungsabschnitt 58 weist eine geringere Wandstärke als der nach außen vorstehende Abschnitt 54 und der Werkzeugeingriffsabschnitt auf. Die kreisförmigen Ringelemente 61 und 62 werden zwischen einer Innenumfangsfläche der Metallhülse 50, die sich vom Werkzeugeingriffsabschnitt 51 bis zum hinteren Endabschnitt 53 erstreckt, und einer Außenumfangsfläche eines Abschnitts des Isolators 10 auf in der Rückwärtsrichtung Dfr liegenden Seite des Außendurchmesser-Verringerungsabschnitts 18 eingesetzt. Ferner wird zwischen diesen Ringabschnitten 61 und 62 Talkumpuder 70 aufgetragen. Wenn beim Herstellungsprozess der Zündkerzen 100 der hintere Endabschnitt 53 zum Crimpen radial nach innen gebogen wird; verformt sich der Verbindungsabschnitt 58, wodurch die Metallhülse 50 und der Isolator 10 aneinander befestigt werden. In diesem Crimpschritt wird das Talkum 70 zusammengepresst, wodurch die Luftdichtigkeit zwischen der Metallhülse 50 und dem Isolator 10 verbessert wird. Die Innendichtung 8 wird zwischen dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 und dem nach innen vorstehenden Abschnitt 56 der Metallhülse 50 gepresst, wodurch eine Abdichtung zwischen der Metallhülse 50 und dem Isolator 10 gebildet wird. Auf diese Weise wird der Isolator 10 zwischen dem nach innen vorstehenden Abschnitt 56 der Metallhülse 50 und dem hinteren Endabschnitt 53 der Metallhülse 50 gehalten.
Die Masseelektrode 30 ist ein Metallelement und weist einen stabförmigen Körperabschnitt 37 auf. Ein Endabschnitt 33 (auch als proximaler Endabschnitt 33 bezeichnet) des Körperabschnitts 37 wird (beispielsweise durch Widerstandsschweißen) mit der vorderen Endfläche 55 der Metallhülse 50 verbunden. Der Körperabschnitt 37 erstreckt sich von dem proximalen Endabschnitt 33, der mit der Metallhülse 50 verbunden ist, in der Vorwärtsrichtung Df, ist zur Mittelachse CL hin gebogen, erstreckt sich in einer Richtung, die die Axiallinie CL schneidet und erreicht einen distalen Endabschnitt 34. Eine Fläche des distalen Endabschnitts 34 auf der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite und die erste Spitze 29 der Mittelelektrode 20 bilden einen Entladungsspalt g dazwischen.
Der Körperabschnitt 37 weist eine Außenschicht 31 und eine Innenschicht 32, die auf der Innenumfangseite der Außenschicht 31 vorgesehen ist, auf. Die Außenschicht 31 ist aus einem Material gebildet (zum Beispiel einer Legierung, die Nickel als Hauptbestandteil enthält), das der Innenschicht 32 in der Oxidationsbeständigkeit überlegen ist. Die Innenschicht 32 ist aus einem Material gebildet (zum Beispiel aus reinem Kupfer oder einer Legierung, die Kupfer als Hauptbestandteil enthält), das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Außenschicht 31. Es sollte beachtet werden, dass eine zweite Spitze ähnlich der ersten Spitze 29 der Mittelelektrode 20 an einer Oberfläche des distalen Endabschnitts 34 der Masseelektrode 30 befestigt werden kann, wobei sich diese Oberfläche auf der in Rückwärtsrichtung Dfr gelegenen Seite befindet. Die erste Spitze und die zweite Spitze können den Entladungsspalt g dazwischen bilden. Auf die Innenschicht 32 kann auch verzichtet werden.
Auswertungstest:
2A zeigt eine erste Tabelle TA, die eine Beziehung zwischen Testergebnissen und Materialeigenschaften von Proben der Zündkerze 100 darstellt. Die erste Tabelle TA zeigt für jeden der Probentypen eine Proben-Nr., den Gehalt an Kalium (K), den Gehalt an Natrium (Na), das Bewertungsergebnis für die Spannungsfestigkeit und das Bewertungsergebnis für die Verdichtung (Sintergrad). In dem Auswertungstest wurden sechs Probentypen, nämlich Probe Nr. 1 bis Probe Nr. 6m geprüft. Die erste Dichtung 72 jeder Probe enthält Glas und Messing als elektrisch leitende Substanz. Wie mit Bezug auf 1 beschrieben, steht die erste Dichtung 72 in Kontakt mit der Mittelelektrode 20. Die Mittelelektrode 20 erhöht ihre Temperatur infolge der Aufnahme von Wärme aus dem Verbrennungsgas. Daher hat das in der ersten Dichtung 72 enthaltene Glas vorzugsweise eine gute Wärmebeständigkeit. Bei den im vorliegenden Auswertungstest getesteten Proben wurde Borosilikatglas mit guter Wärmebeständigkeit verwendet. Wie im Nachfolgenden beschrieben wird, hat das von den Proben verwendete Glas einen hohen Si-Gehalt zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit. Infolgedessen ist das Glas hart. Um die Haftung zwischen der ersten Dichtung 72 und anderen Elementen (zum Beispiel der Mittelelektrode 20 und dem Isolator 10) zu verbessern, enthält das Glas vorzugsweise eine Komponente, die den Erweichungspunkt des Glases senkt. Beispielsweise können Alkalimetalle den Erweichungspunkt des Glases herabsetzen. Das Glas, das in den im vorliegenden Auswertungstest geprüften Proben verwendet wird, enthält Na und K. Das Material für die erste Dichtung 72, die bei der Herstellung der Proben verwendet wurde, enthält das Material des Borosilikatglases. Das Material des Borosilikatglas enthält ein Oxid von Natrium (Na) (Na₂O) und ein Oxid von Kalium (K) (K₂O).
Die erste Tabelle TA (2A) zeigt den Kalium (K)-Gehalt reduziert zu K₂O und den Natrium (Na)-Gehalt, reduziert zu Na₂O. Die sechs Probentypen unterscheiden sich durch den Na-Gehalt des Glases der ersten Dichtung 72. Obwohl nicht dargestellt, hat das Borosilikatglas der ersten Dichtung 72 in den sechs Probentypen einen Si (Silizium)-Gehalt im Bereich von 55 Masse-% bis 65 Masse-%, reduziert zu SiO₂. In den sechs Probentypen hat das in den ersten Dichtungen 72 enthaltene Borosilikatglas einen B (Bor)-Gehalt im Bereich von 25 Masse-% bis 35 Masse-%, reduziert zu B₂O₃. Wie aus der ersten Tabelle TA hervorgeht, weisen die sechs Probentypen den gleichen K (Kalium)-Gehalt, nämlich 2 Masse-%, reduziert zu K₂O, auf. Wie aus der ersten Tabelle TA hervorgeht, beträgt der Gehalt an Na (Natrium)-Gehalt, reduziert zu Na₂O 0, 0,1, 0,3, 0,4, 0,9 und 1 Masse-% in dieser Reihenfolge ausgehend von Probe Nr. 1. Es sollte beachtet werden, dass der Si-Gehalt, der B-Gehalt, der K-Gehalt und der Na-Gehalt jene des Glases sind. Diese Anteile sind die gleichen wie die des Materials für das Glas. Die Anteile dieser Komponenten können durch Analyse der Querschnitte der ersten Dichtungen 72 der Proben bestimmt werden. Beispielsweise wird mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (REM) ein REM-Bild eines Zielbereichs auf dem Querschnitt der ersten Dichtung 72 aufgenommen. Der Zielbereich ist zum Beispiel ein 1 mm² großes Quadrat. Die Vergrößerung beträgt beispielsweise das 200-fache. Anschließend wird durch eine Komponentenanalyse des Zielbereichs mit Hilfe eines EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) eine Glasphase identifiziert und der Gehalt der Komponenten in der Glasphase bestimmt. Es sollte beachtet werden, dass die sechs Probentypen die gleichen strukturellen Merkmale aufweisen (zum Beispiel die Form der Mittelelektrode 20), mit Ausnahme der Anteile der Komponenten in der ersten Dichtung 72. Es sollte beachtet werden, dass der Unterschied zwischen der Vielzahl der Probentypen in den Ergebnissen der verschiedenen Tests, die im Folgenden beschrieben werden, stark durch den Unterschied im K-Gehalt oder Na-Gehalt beeinflusst wird, und vermutlich weniger durch den Unterschied im Si-Gehalt und den Unterschied im B-Gehalt.
Die erste Tabelle TA zeigt Auswertungsergebnisse in einer Spannungsfestigkeitsprüfung und die Auswertungsergebnisse in einer Verdichtungsprüfung. Der Spannungsfestigkeitsprüfung wurde wie folgt durchgeführt. Vier Proben desselben Typs der Zündkerze 100 wurden an einem 4-Zylinder-Ottomotor mit Direkteinspritzung und Kompressor mit 1,6 I Hubraum angebracht. Die Entladungsspalten g die Zündkerze 100 wurden so eingestellt, dass sie eine Entladungsspannung von 40 kV oder höher aufwiesen. Dieser Motor wurde 100 Stunden lang unter der Bedingung einer weit geöffneten Drosselklappe (WOT) betrieben (auch als eigentlicher Motorbetrieb bezeichnet). Nach diesem eigentlichen Motorbetrieb wurden die vier Zündkerzen 100 demontiert und die Isolatoren 10 untersucht. Die Isolatoren 10 wurden auf folgende Weise untersucht.
3A zeigt einen Abschnitt des Querschnitts der Zündkerze 100, der die Mittelachse CL enthält. 3A zeigt einen Bereich, der den Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 25 der Mittelelektrode 20, den Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 und den Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 und den nach innen vorstehenden Abschnitt 56 der Metallhülse 50 umfasst. Der Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 des Isolators 10 steht in Kontakt mit dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 25 der Mittelelektrode 20. Der Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 wird durch nach innen vorstehenden Abschnitt 56 der Metallhülse 50 mit Hilfe der Innendichtung 8 gestützt. Die teilweise vergrößerte Ansicht rechts in 3A zeigt einen Bereich, der den Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 und den Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 umfasst. Zur einfacheren Beschreibung wurde die Schraffierung des Querschnitts des Isolators 10 in der vergrößerten Teilansicht weggelassen.
Zwischen der Mittelelektrode 20 und der Metallhülse 50 wird eine Hochspannung zur Entladung angelegt. Dementsprechend wird eine Hochspannung an einen Abschnitt 10z des Isolators 10 zwischen dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 und dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 über die Mittelelektrode 20, die Metallhülse 50 und die Innendichtung 8 angelegt.
Das Glas in der ersten Dichtung 72 enthält Alkalimetalle (insbesondere Kalium (K) und Natrium (Na)). Da, wie zuvor erwähnt, die Mittelelektrode 20 infolge der Aufnahme von Wärme aus Verbrennungsgas eine Temperaturerhöhung erfährt, erhöht sich auch die Temperatur in der ersten Dichtung 72 und einem Abschnitt des Isolators 10 in der Nähe der Mittelelektrode 20. Bei hoher Temperatur sind die in der ersten Dichtung 72 enthaltenen Alkalimetalle in der Lage, sich zu bewegen. Die Alkalimetalle können von der Innenumfangsfläche 12i des Durchgangslochs 12 des Isolators 10 in den Isolator 10 diffundieren. Zum Beispiel diffundieren Ionen der Alkalimetalle in den Isolator 10. Die erste Dichtung 72 steht in Kontakt mit dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 des Isolators 10. Wie zuvor erwähnt, wird eine Hochspannung an den Abschnitt 10z des Isolators 10 zwischen dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 und dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 angelegt. Infolgedessen kann die Bewegung der Alkalimetalle beschleunigt werden. Es sollte beachtet werden, dass ein Natrium-Ion im Allgemeinen einen kleineren lonenradius aufweist als ein Kalium-Ion. Dementsprechend ist es unwahrscheinlich, dass Kalium (K) in den Isolator 10 diffundiert, während Natrium (Na) mit größerer Wahrscheinlichkeit in den Isolator 10 diffundiert.
Die vergrößerte Ansicht rechts in 3A zeigt Diffusionszonen 72x, in die Natrium (Na) diffundiert ist. Wie dargestellt, kann Natrium (Na) in der Nähe eines Abschnitts der Innenumfangsfläche 12i des Isolators 10 in den Isolator 10 diffundieren, wobei dieser Abschnitt in Kontakt mit dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 25 der Mittelelektrode 20 steht. 3B zeigt eine schematische Darstellung des Querschnitts des Isolators 10 senkrecht zur Axiallinie CL und ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B in 3A. Der Querschnitt verläuft an dem Abschnitt des Innendurchmesser-Verringerungsabschnitts 11 vorbei, der mit der ersten Dichtung 72 in Kontakt steht, und befindet sich in der Nähe eines Abschnitts des Innendurchmesser-Verringerungsabschnitts 11, der mit der Mittelelektrode 20 in Kontakt steht. Wie dargestellt, erstrecken sich die Natrium (Na)-Diffusionszonen 72x von der Innenumfangsfläche 12i des Durchgangslochs 12 in den Isolator 10. Die Diffusionszonen 72x können lange, schmale Zonen sein, die sich von der Innenumfangseite zur Außenumfangseite hin erstrecken. In einem eigentlichen Querschnitt des Isolators 10 ändern die Zonen, in denen Natrium (Na) vorhanden ist, ihre Farbe zu Schwarz.
In dem Fall, in dem der Isolator 10 Natrium (Na) darin verstreut enthält, kann also eine Entladung durch den Isolator 10 durch das Medium Natrium (Na) übertragen werden. Der Pfad Px, der in der vergrößerten Ansicht auf der rechten Seite in 3A dargestellt ist, zeigt ein Beispiel für den Pfad der durchdringenden Entladung. Der Pfad Px beginnt an der Innenumfangsfläche des Innendurchmesser-Verringerungsabschnitts 11 des Isolators 10, verläuft durch den Isolator 10 und erreicht die Außenumfangsfläche des Außendurchmesser-Verringerungsabschnitts 16 des Isolators 10. Der Pfad Px verbindet die Mittelelektrode 20 und die Innendichtung 8. In dem Fall, in dem eine solche durchdringende Entladung stattgefunden hat, werden Spuren des Pfades Px (zum Beispiel schwarze Punkte) an der Außenumfangsfläche des Isolators 10 beobachtet.
Im Auswertungstest wurden nach dem zuvor erwähnten eigentlichen Motorbetrieb die Proben der Zündkerze 100 demontiert und die Isolatoren 10 herausgenommen. Die Isolatoren 10 wurden zerschnitten, und die ersten Dichtungen 72 und andere Elemente wurden aus den zerschnittenen Isolatoren 10 entfernt. Es wurden unter Bezugnahme auf 3A beschriebenen Querschnitte der Isolatoren 10 und die unter Bezugnahme auf 3B beschrieben Querschnitte der Isolatoren 10 vorbereitet. Die verschiedenen Probentypen sind identisch in Bezug auf die axiale Position (die Position in der Richtung parallel zur Mittelachse CL) des Querschnitts in 3B in Bezug auf den Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 des Isolators 10. Die beiden Querschnittstypen in 3A und 3B wurden mit Hilfe eines EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) auf Natrium (Na) untersucht. Das Material des Isolators 10 enthält kein Natrium (Na). Daher zeigt der Nachweis von Natrium (Na) aus dem Querschnitt des Isolators 10 die Diffusion von Natrium (Na) in den Isolator 10 an.
Die Ergebnisse der Spannungsfestigkeitsprüfung in der ersten Tabelle TA (2A) geben die Ergebnisse der Auswertung für den Zustand der vier untersuchten Proben nach dem oben erwähnten tatsächlichen Motorbetrieb an. Die Bewertung „A“ zeigt an, dass aus den Querschnitten aller vier Isolatoren 10 kein Natrium (Na) nachgewiesen wurde. Die Bewertung „B“ gibt an, dass Natrium (Na) im Querschnitt eines oder mehrerer der vier Isolatoren 10 nachgewiesen wurde und dass Spuren einer durchdringenden Entladung nicht bei allen vier Isolatoren 10 festgestellt wurden. Die Bewertung „C“ gibt an, dass Spuren einer durchdringenden Entladung von einem oder mehreren der vier Isolatoren 10 festgestellt wurden. Es sollte beachtet werden, dass in dem Fall, in dem kein Natrium (Na) im Querschnitt des Isolators 10 nachgewiesen wurde, auch keine Spuren von durchdringender Entladung festgestellt wurden.
Die Ergebnisse des Verdichtungstests zeigen an, ob das Material für die erste Dichtung 72 bei der Herstellung der Zündkerze 100 ausreichend geschmolzen ist oder nicht. Genauer gesagt, wird eine neue Probe der Zündkerze 100 geschnitten, um den Querschnitt vorzubereiten, der die Axiallinie CL enthält. Der Querschnitt der ersten Dichtung 72 wird mit Hilfe eines optischen Mikroskops beobachtet, um Partikel des Materialpulvers für das Glas zu suchen. Wie zuvor erwähnt, erweicht bei der Herstellung der Zündkerze 100 das in der ersten Dichtung 72 enthaltene Materialpulver für das Glas in dem Durchgangsloch 12 und wird infolge des Einsetzens des metallischen Anschlussabschnitts 40 komprimiert. Es ist schwierig, mit der Kraft des metallischen Anschlussabschnitts 40 einen Abschnitt der ersten Dichtung 72 zu erreichen, der von dem metallischen Anschlussabschnitt 40 entfernt liegt (zum Beispiel ein Abschnitt in dem Spalt zwischen dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 25 der Mittelelektrode 20 und der Innenumfangsfläche 12i des Isolators 10). Ist das Materialpulver des Glases bei der Herstellung der Zündkerze 100 ausreichend weich, werden keine Partikel des Materialpulvers des Glases aus dem Querschnitt der ersten Dichtung 72 der fertigen Zündkerze 100 erfasst. Ferner ist die Haftung zwischen der ersten Dichtung 72 und anderen Elementen (zum Beispiel der Mittelelektrode 20 und dem Isolator 10) gut. Wenn das Glasmaterialpulver übermäßig hart ist, werden Partikel des Glasmaterialpulvers aus dem Querschnitt der ersten Dichtung 72 erfasst. Ferner kann sich ein Spalt zwischen der ersten Dichtung 72 und anderen Elementen bilden. In der ersten Tabelle TA (2A) gibt die Bewertung „A“ für die Verdichtung an, dass keine Partikel des Glasmaterialpulvers erkannt wurden. Die Bewertung „B“ gibt an, dass Partikel des Glasmaterialpulvers erkannt wurden.
Wie aus der ersten Tabelle TA hervorgeht, ist das Bewertungsergebnis für die Spannungsfestigkeit umso besser, je niedriger der Natriumgehalt (Na) ist. Der Grund dafür ist wie folgt: je niedriger der Natrium (Na)-Gehalt, desto unwahrscheinlicher ist die Diffusion von Natrium (Na) in den Isolator 10. Genauer gesagt hatten die als A eingestuften Proben Nr. 1, 2 und 3 einen Na-Gehalt von jeweils 0, 0,1 und 0,3 Masse-%. Die Proben Nr. 4 und 5, die als B eingestuft wurden, wiesen einen Na-Gehalt von 0,4 und 0,9 Masse-% auf. Die Probe Nr. 6, die als C eingestuft wurde, wies einen Na-Gehalt von 1 Masse-% auf.
Je höher der Natriumgehalt (Na), desto besser das Bewertungsergebnis für die Verdichtung. Der Grund ist wie folgt: je höher der Natrium (Na)-Gehalt, desto stärker ist die Erweichung des Glasmaterials bei der Herstellung der Zündkerze 100. Genauer gesagt, wiesen die als A bewerteten Proben Nr. 2 bis 6 einen Na-Gehalt von jeweils 0,1, 0,3 0,4, 0,9 und 1 Masse-% auf. Die Probe Nr. 1, die als B bewertet wurde, wies einen Na-Gehalt von 0 Masse-% auf.
Ein bevorzugter Bereich des Natrium (Na)-Gehalts kann durch Verwendung des Natrium (Na)-Gehalts der Proben bestimmt werden, deren Auswertungsergebnisse hinsichtlich der Spannungsfestigkeit und Verdichtung als gut beurteilt wurden. Beispielsweise wurden die Proben Nr. 1 bis 5 mit einem Natrium (Na)-Gehalt von weniger als 1 Masse-% mit B oder höher für die Spannungsfestigkeit bewertet. Die Proben Nr. 2 bis 6 mit einem Natrium (Na)-Gehalt von 0,1 Masse-% oder mehr wurden für die Verdichtung mit A oder höher eingestuft. Aus diesen Daten kann ein bevorzugter Natrium (Na)-Gehalt von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-% angegeben werden.
Die Proben Nr. 2 bis 5, die für die Spannungsfestigkeit mit B oder höher und für die Verdichtung mit A eingestuft wurden, weisen einen Natrium (Na)-Gehalt von 0,1, 0,3, 0,4 und 0,9 Masse-% auf. Ein bevorzugter Bereich des Natrium (Na)-Gehalts kann durch Verwendung dieser vier Werte bestimmt werden. Insbesondere kann jeder der vier Werte als Untergrenze des bevorzugten Bereichs des Natrium (Na)-Gehalts verwendet werden. Zum Beispiel kann der Natrium (Na)-Gehalt 0,1 Masse-% oder mehr betragen. Von den vier Werten kann jeder Wert, der gleich oder größer als der unteren Grenzwert ist, als Obergrenze des Natrium (Na)-Gehalts verwendet werden. Zum Beispiel kann der Natrium (Na)-Gehalt gleich oder weniger als 0,9 Masse-% betragen. Bei einem Natrium (Na)-Gehalt, der in den bevorzugten Bereich fällt, wird die durchdringende Entladung, die sonst durch die Diffusion von Natrium (Na) entstehen würde, eingeschränkt, und die Haftung zwischen der ersten Dichtung 72 und den anderen Elementen verbessert sich. Von den Proben Nr. 2 bis 5 wurden die Proben Nr. 2 und 3 mit A für die Spannungsfestigkeit bewertet. Die Proben Nr. 2 und 3 wiesen einen Natrium (Na)-Gehalt von 0,1 bzw. 0,3 Masse-% auf. Ein bevorzugter Bereich des Natrium (Na)-Gehalts kann durch Verwendung dieser beiden Werte bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Natrium (Na)-Gehalt zwischen 0,1 Masse-% und 0,3 Masse-% liegen.
2B ist eine zweite Tabelle TB, die die Beziehung zwischen Prüfergebnissen und Materialeigenschaften von Proben der Zündkerze 100 darstellt. Die zweite Tabelle TB zeigt für jeden Probentyp eine Probe-Nr., den Gehalt an Kalium (K), reduziert zu K₂O, den Gehalt an Natrium (Na), reduziert zu Na₂O, und die Bewertungsergebnisse für die Spannungsfestigkeit, die Verdichtung und die Luftdichtigkeit. Ähnlich wie im Falle des Kalium (K)-Gehalts und des Natrium (Na)-Gehalts in der ersten Tabelle TA sind der Kalium (K)-Gehalt und der Natrium (Na)-Gehalt jene des Glases, das in der ersten Dichtung 72 enthalten ist. Im Auswertungstest wurden vier Probentypen, nämlich Probe Nr. 7 bis Probe Nr. 10, geprüft. Die Proben Nr. 7 bis 10 unterscheiden sich von den Proben Nr. 1 bis 6 in 2A hinsichtlich der folgenden zwei Punkte. Der erste Unterschied besteht darin, dass die vier Probentypen den gleichen, zu Na₂O reduzierten, Na-Gehalt des Glases, das in der ersten Dichtung 72 enthalten war, das heißt, 0,2 Masse-%, aufweisen. Der zweite Unterschied besteht darin, dass sich die vier Probentypen im K-Gehalt, reduziert zu K₂O, des Glases, das in der ersten Dichtung 72 enthalten unterscheiden. Konkret haben die Proben Nr. 7 bis 10 einen K-Gehalt von jeweils 1, 4, 8, 10 Masse-%, reduziert zu K₂O. Andere Material- und Strukturmerkmale (zum Beispiel der Bereich des Si-Gehalts und der Bereich des B-Gehalts des Glases, das in der ersten Dichtung 72 enthalten ist, und die Form der Mittelelektrode 20) der Proben Nr. 7 bis 10 sind ähnlich jenen der Proben-Nr 1 bis 6. Die Verfahren zum Überprüfen und Auswerten der Spannungsfestigkeit und Verdichtung sind ähnlich den zuvor unter Bezugnahme auf 2A (erste Tabelle TA) beschriebenen Verfahren.
Eine Luftdichtigkeitsprüfung wurde wie folgt durchgeführt. Es wurde ein Druckprüfstand (nicht dargestellt) vorbereitet, der mit einem Druckhohlraum ausgestattet ist, der Befestigungslöcher aufweist, die den Befestigungslöchern für Zündkerzen eines Verbrennungsmotors ähneln. Der Außengewindeabschnitt 57 der Metallhülse 50 (1) wurde in einen Innengewindeabschnitt des Befestigungslochs geschraubt, um so eine Probe der Zündkerze 100 am Befestigungsloch des Druckhohlraums zu befestigen. Das Innere des Druckhohlraums entspricht einer Verbrennungskammer, der die am Befestigungsloch befestigte Zündkerze 100 ausgesetzt ist. Während der Luftdruck im Druckhohlraum erhöht wurde, wurde die Menge der Luftleckage am metallischen Anschlussabschnitt 40 auf der Seite des Durchgangslochs 12 des Isolators 10 gemessen. Der Druck wurde in zwei Stufen, nämlich 1,5 MPa und 2,5 MPa, eingestellt. Wenn der Druck von 1,5 MPa betrug, wurde nicht bei allen Proben eine Luftleckage festgestellt. Die in der zweiten Tabelle TB dargestellten Bewertungsergebnisse für die Luftdichtigkeit sind Bewertungsergebnisse für die Luftleckage für den Fall, dass der Druck 2,5 MPa betrug. Die Bewertung „A“ gibt an, dass keine Luftleckage festgestellt wurde. Die Bewertung „B“ gibt an, dass eine Luftleckage bei 0,05 ml/min oder weniger festgestellt wurde. Die Bewertung „C“ gibt an, dass eine Leckage bei mehr als 0,05 ml/min festgestellt wurde.
Wie in der zweiten Tabelle TB gezeigt, wurden die Proben hinsichtlich Spannungsfestigkeit und Verdichtung bei verschiedenen Kalium (K)-Gehalten mit A bewertet. Dabei wiesen die Proben eine gute Spannungsfestigkeit und eine gute Verdichtung bei verschiedenen Kalium (K)-Gehalten auf. Die Kalium (K)-Anteile sind hoch im Vergleich zu dem bevorzugten Bereich von Natrium (Na), der zuvor mit Bezug auf die erste Tabelle TA beschrieben wurde (2A). Da Kalium (K) den Erweichungspunkt des Glases angemessen senken kann, kann eine entsprechende erste Dichtung 72 gebildet werden. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit einer Diffusion von Kalium (K) im Vergleich zu Natrium (Na) geringer. Da die Diffusion von Kalium (K) gehemmt wird, ist daher selbst bei hohem Kalium (K)-Gehalt die Verschlechterung der Spannungsfestigkeitsleistung begrenzt.
Bei besonders hohem Kalium (K)-Gehalt verschlechterte sich die Luftdichtigkeit. Vermutlich ist dies auf folgenden Grund zurückzuführen: Bei hohem Kalium (K)-Gehalt ist die erste Dichtung 72 infolge des erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases in der Lage, sich von der Innenumfangsfläche 12i des Isolators 10 zu lösen. Genauer gesagt, wiesen die Proben Nr. 7 und 8, die mit A bewertet wurden, einen Kalium (K)-Gehalt von jeweils 1 und 4 Masse-% auf. Die Probe Nr. 9, die mit B bewertet wurde, hatte einen K-Gehalt von 8 Masse-%. Die Probe Nr. 10, die mit C bewertet wurde, hatte einen K-Gehalt von 10 Masse-%.
Die Proben Nr. 7 bis 9, die für Luftdichtigkeit mit B oder höher und für Spannungsfestigkeit und Verdichtung mit A eingestuft wurden, hatten einen Kalium (K)-Gehalt von jeweils 1,4 bzw. 8 Masse-%. Ein bevorzugter Bereich des Kalium (K)-Gehalts kann durch Verwendung dieser drei Werte bestimmt werden. Insbesondere kann jeder der drei Werte als unterer Grenzwert des bevorzugten Bereichs des Kalium (K)-Gehalts verwendet werden. Zum Beispiel kann der Kalium (K)-Gehalt 1 Masse-% oder mehr betragen. Von den drei Werten kann jeder Wert, der gleich oder größer als der untere Grenzwert ist, als Obergrenze des Kalium (K)-Gehalts verwendet werden. Zum Beispiel kann der Kalium (K)-Gehalt gleich oder kleiner als 8 Masse-% sein. Bei einem Kalium (K)-Gehalt, der in den bevorzugten Bereich fällt, kann die Luftdichtigkeit zwischen der ersten Dichtung 72 und anderen Elementen verbessert werden. Wie aus der ersten Tabelle TA (2A) hervorgeht, wurden im Falle eines festgelegten Kalium (K)-Gehalts bei verschiedenen Natrium (Na)-Anteilen eine gute Spannungsfestigkeit und eine gute Verdichtung erreicht. Daher kann vermutlich ein bevorzugter Bereich des Kalium (K)-Gehalts auf den Fall mit verschiedenen Natrium (Na)-Anteilen angewandt werden, die in den zuvor erwähnten bevorzugten Bereich des Natrium (Na)-Gehalts fallen.
Modifizierte Ausführungsformen:
(1) Die erste Dichtung 72 kann verschiedene andere Materialeigenschaften, als die zuvor beschriebenen, aufweisen. Zum Beispiel kann das in der ersten Dichtung 72 enthaltene Glas anstelle von Borosilikatglas eine andere Art von Glas sein (zum Beispiel Kalk-Natron-Glas). In jedem Fall gilt in der Regel, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases umso niedriger ist, je höher der Silizium (Si)-Gehalt des Glases ist. Um die Wärmebeständigkeit der ersten Dichtung 72 zu verbessern, wird daher ein hoher Silizium (Si)-Gehalt bevorzugt. Beispielsweise sollte der Silizium (Si)-Gehalt des Glases vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr betragen, wenn er zu SiO₂ reduziert wird. Insbesondere im Falle eines zu hohen Silizium (Si)-Gehalts kann sich die Haftung zwischen der ersten Dichtung 72 und anderer Elemente verschlechtern, da sich der Erweichungspunkt des Glases erhöht. Daher sollte der Silizium (Si)-Gehalt vorzugsweise begrenzt werden. Beispielsweise beträgt der Silizium (Si)-Gehalt des Glases vorzugsweise 90 Masse-% oder weniger, vorzugsweise 70 Masse-% oder weniger, reduziert zu SiO₂. Im Falle der Verwendung von Borosilikatglas ist der Bor (B)-Gehalt nicht auf denjenigen in den zuvor beschriebenen Proben beschränkt, sondern kann verschiedene andere Werte annehmen.
Der Kalium (K)-Gehalt des in der ersten Dichtung 72 enthaltenen Glases kann weniger als 1 Masse-%, reduziert zu K₂O, betragen. Das in der ersten Dichtung 72 enthaltene Glas muss kein Kalium (K) enthalten. In jedem Fall kann mit Hilfe des Glases, das in der ersten Dichtung 72 enthalten ist, das Natrium (Na) in einer Menge enthält, die in den zuvor erwähnten bevorzugten Anteilsbereich fällt, eine gute Spannungsfestigkeit und eine gute Verdichtung erreicht werden. Das in der ersten Dichtung 72 enthaltene Glas kann verschiedene andere Bestandteile enthalten (zum Beispiel Al₂O₃).
Die in der ersten Dichtung 72 enthaltene elektrisch leitfähige Substanz ist nicht auf die der zuvor erwähnten Proben beschränkt, sondern kann aus verschiedenen Materialien, wie Eisen und Kupfer, gebildet sein.
(2) Die innerhalb des Durchgangslochs 12 des Isolators 10 angeordneten Elemente können verschiedene andere Materialeigenschaften, als die zuvor beschriebenen, aufweisen. Zum Beispiel kann sich das Material für die zweite Dichtung 74 von dem Material für die erste Dichtung 72 unterscheiden. Die Temperatur der zweiten Dichtung 74 steigt nicht höher als die der ersten Dichtung 72. Daher wird bei der Auswahl des Materials für die zweite Dichtung 74 die Anforderung an die Wärmebeständigkeit abgeschwächt. Das Material für die zweite Dichtung 74 kann im Vergleich zu der Materialauswahl für die erste Dichtung 72 aus einer breiteren Palette von Werkstoffen ausgewählt werden.
Das Zwischenelement 79 kann andere, als die zuvor beschriebenen, Materialmerkmale aufweisen. Das Zwischenelement 79 kann das Widerstandselement 73 umfassen, oder es kann das Widerstandselement 73 und ein weiteres Element (zum Beispiel ein magnetisches Element) umfassen. Das Zwischenelement 79 kann ein magnetisches Element umfassen, ohne dass es das Widerstandselement 73 enthält. Es kann auf das Zwischenelement 79 auch verzichtet werden. In diesem Fall wird auch auf die zweite Dichtung 74 verzichtet. Die erste Dichtung 72 verbindet die Mittelelektrode 20 und das metallische Anschlusselement 40.
(3) Die Zündkerze kann eine andere als die zuvor beschriebene Struktur aufweisen. Ein Entladungsspalt kann zwischen der Masseelektrode und einer Seitenfläche (eine Fläche, die von der Axiallinie CL in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie CL beabstandet ist) der Mittelelektrode anstelle der vorderen Endfläche (zum Beispiel die Fläche der ersten Spitze 29 auf der in Vorwärtsrichtung Df gelegenen Seite in 1) der Mittelelektrode gebildet werden. Die Gesamtzahl der Entladungsspalte kann zwei oder mehr betragen. Die Innendichtung 8 auf der vorderen Seite kann weggelassen werden. In diesem Fall stützt ein vorstehender Abschnitt (zum Beispiel der nach innen vorstehende Abschnitt 56 (1)) der Metallhülse direkt den Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10. Es kann auf die Masseelektrode 30 verzichtet werden. In diesem Fall kann eine Entladung zwischen der Mittelelektrode der Zündkerze und einem anderen Element, das sich in einer Verbrennungskammer befindet, erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die obige Ausführungsform und die modifizierten Ausführungsformen beschrieben. Die Ausführungsform und die modifizierten Ausführungsformen sollen jedoch zum Verständnis der Erfindung beitragen, aber die Erfindung nicht einschränken. Die vorliegende Erfindung kann modifiziert oder verbessert werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, und umfasst Äquivalente der Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005340171 [0002]
JP 2009545860 [0002]
JP 2007179788 [0002]

Claims

Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einem Durchgangsloch, das sich von einer Rückseite zu einer Vorderseite erstreckt; eine Mittelelektrode, die zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der vorderen Seite eingesetzt ist; ein metallisches Anschlusselement, das zumindest teilweise in einen Abschnitt des Durchgangslochs auf der hinteren Seite eingesetzt ist; und eine Dichtung, die innerhalb des Durchgangslochs und in Kontakt mit der Mittelelektrode und einer Innenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist, wobei die Dichtung ein Glas und eine elektrisch leitende Substanz enthält, und das in der Dichtung enthaltene Glas Si in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr, reduziert zu SiO₂, und Na in einer Menge von 0,1 Masse-% oder mehr und weniger als 1 Masse-%, reduziert zu Na₂O, enthält.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Glas Na in einer Menge von 0,3 Masse-% oder weniger, reduziert zu Na₂O, enthält.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glas K in einer Menge von 1 Masse-% bis 8 Masse-%, reduziert zu K₂O, enthält.