DE102022103525A1

DE102022103525A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102022103525A1
Application number: DE102022103525.5A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Gozawa; Shunsuke Maeda; Daiki GOTO
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-09-15
Also published as: US20220294191A1; JP7291737B2; JP2022137969A; CN115051242A; US11424600B1

Abstract

Eine Zündkerze (10) umfasst ein rohrförmiges Metallgehäuse (21); einen Isolator (11) mit einem Verriegelungsabschnitt (13), der auf dem Metallgehäuse (21) verriegelt ist; und eine Kappe (30), die an einer vorderen Endseite des Metallgehäuses (21) angeordnet ist, wobei die Kappe (30) eine Vielzahl von Öffnungen (32) aufweist. Die Vielzahl der Öffnungen (32) umfasst Öffnungen mit unterschiedlichen Querschnittsflächen. Die Summe der Anzahl der einen oder mehreren größten Öffnungen (37) und der Anzahl der einen oder mehreren großen Öffnungen (38), die eine Querschnittsfläche von mehr als oder gleich 90 % der einen oder mehreren größten Öffnungen (37) aufweisen, ist kleiner als die Anzahl der Öffnungen (39, 40), die von der einen oder mehreren größten Öffnung(en) (37) und der einen oder mehreren großen Öffnung(en) (38) verschieden sind. Eine Länge (L) eines vorderen Endabschnitts (15) in axialer Richtung zwischen einem vorderen Ende (18) des Isolators (11) und einem vorderen Ende (14a) des Verriegelungsabschnitts (13) ist kleiner als oder gleich 12 mm.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem Metallgehäuse und einer am vorderen Ende des Metallgehäuses angeordneten Kappe.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Zündkerze mit einem Isolator, einem rohrförmigen Metallgehäuse, das den Außenumfang des Isolators umgibt, und einer Kappe, die am vorderen Ende des Metallgehäuses angeordnet ist und mehrere Öffnungen aufweist, die sich durch die Kappe in Dickenrichtung erstrecken, ist bekannt (PTL 1). Dieser Zündkerzentyp zündet Brenngas, das durch die Öffnungen in die Kappe strömt, um eine Flamme zu erzeugen, und injiziert einen Gasstrom mit einer Flamme durch die Öffnungen in einen Brennraum, um das Brenngas im Brennraum mit dem injizierten Fluss zu verbrennen.
Zitierliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2020-159355
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn bei bestehenden Technologien die Temperatur im Inneren der Kappe ansteigt und der Isolator übermäßig erhitzt wird, kann das Brenngas, das durch die Öffnungen in die Kappe geströmt ist, einen Funken bilden, der eine Vorzündung verursacht.
Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung gemacht, um dieses Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze, die Vorzündung von Brenngas, das in eine Kappe geflossen ist, reduzieren kann, bereitzustellen.
Eine Zündkerze der vorliegenden Erfindung, die zur Erreichung dieses Ziels hergestellt wird, umfasst ein rohrförmiges Metallgehäuse, das an einem Innenumfang einen in radialer Richtung nach innen vorstehenden Absatz aufweist; einen Isolator, der einen Verriegelungsabschnitt mit einer vorderen Endseite, die direkt oder mit einem dazwischen angeordneten anderen Element an dem Absatz verriegelt ist, und einen vorderen Endabschnitt, der an die vordere Endseite des Verriegelungsabschnitts angrenzt, umfasst, wobei sich der Isolator entlang einer axialen Linie erstreckt; und eine Kappe, die an einer vorderen Endseite des Metallgehäuses angeordnet ist, um eine vordere Endseite des vorderen Endabschnitts des Isolators abzudecken, wobei die Kappe eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die sich durch die Kappe in einer Dickenrichtung der Kappe erstrecken. Die Vielzahl der Öffnungen umfasst Öffnungen mit unterschiedlichen minimalen Querschnittsflächen. Die Summe der Anzahl der einen oder mehreren größten Öffnungen, die in der Vielzahl der Öffnungen enthalten sind und die eine größte minimale Querschnittsfläche aufweisen, und der Anzahl der einen oder mehreren großen Öffnungen, die in der Vielzahl der Öffnungen enthalten sind und die eine minimale Querschnittsfläche von mehr als oder gleich 90 % der minimalen Querschnittsfläche der einen oder mehreren größten Öffnungen aufweisen, ist kleiner als die Anzahl der Öffnungen, die in der Vielzahl der Öffnungen enthalten sind und die nicht die eine oder mehreren größten Öffnungen und die eine oder mehreren großen Öffnungen sind. Die Länge des vorderen Endabschnitts in axialer Richtung zwischen einem vorderen Ende des Isolators und einem vorderen Ende des Verriegelungsabschnitts ist kleiner als oder gleich 12 mm.
Gemäß einem ersten Aspekt hat der vordere Endabschnitt des Isolators eine Länge in axialer Richtung von weniger als oder gleich 12 mm. Dadurch kann die zu beheizende Fläche des vorderen Endabschnitts des Isolators reduziert werden. Die Kappe hat Öffnungen mit unterschiedlichen minimalen Querschnittsflächen. Durch diese Struktur kann die Durchflussrate des durch die Öffnungen in die Kappe geflossenen Brenngases variiert werden. Die Vielzahl von Strömungen mit unterschiedlichen Durchflussraten verbessern die Fließfähigkeit des Brenngases, und das Brenngas kann den vorderen Teil des Isolators kühlen. Diese Struktur kann somit die Überhitzung des vorderen Endabschnitts reduzieren und die Vorzündung verringern.
Die Summe der Anzahl einer oder mehrerer größter Öffnungen und der Anzahl großer Öffnungen ist kleiner als die Anzahl anderer Öffnungen als die größten und großen Öffnungen. Diese Struktur kann daher einen Gasstrom mit einer Flamme durch die anderen Öffnungen als die größten und großen Öffnungen einleiten. Diese Struktur kann somit Brenngas in einer Brennkammer stabil entzünden und die Verbrennungsstabilität verbessern.
Gemäß einem zweiten Aspekt haben die mehreren Öffnungen jeweils eine minimale Querschnittsfläche, die größer oder gleich 90% einer maximalen Querschnittsfläche jeder Öffnung ist. Diese Struktur kann einen Energieverlust des eingespritzten Stroms, der aus einer Abweichung der Querschnittsfläche jeder Öffnung resultiert, reduzieren und somit die Verbrennungsstabilität zusätzlich zu dem Effekt des ersten Aspekts weiter verbessern.
Gemäß einem dritten Aspekt liegt die minimale Querschnittsfläche der einen oder mehreren größten Öffnungen in einem Bereich von größer als oder gleich 120 % und kleiner als oder gleich 500 % der minimalen Querschnittsfläche einer kleinsten Öffnung der mehreren Öffnungen mit einer kleinsten minimalen Querschnittsfläche. Der Brenngasstrom verbessert die Zündstabilität und sichert auch die Einspritzung eines Gasstroms durch die Öffnungen, die nicht die eine oder die mehreren größten Öffnungen sind. Diese Struktur kann somit die Verbrennungsstabilität zusätzlich zu dem Effekt des ersten oder zweiten Aspekts weiter verbessern.
Gemäß einem vierten Aspekt sind die mehreren Öffnungen in einem Bereich der Kappe ausgebildet, der einen Abschnitt ausschließt, den die axiale Linie kreuzt. Diese Struktur kann die Fließfähigkeit des Brenngases im Inneren der Kappe verbessern. Diese Struktur kann somit die Leistung des Brenngases bei der Kühlung des vorderen Endabschnitts des Isolators verbessern und die Vorzündung zusätzlich zu der Wirkung des ersten bis dritten Aspekts weiter reduzieren.
Gemäß einem fünften Aspekt kreuzen in einer Projektion, die durch Projizieren der Kappe auf eine Ebene senkrecht zur axialen Linie erhalten wird, alle Öffnungen die geraden Linien, wenn gerade Linien in gleicher Anzahl wie die Öffnungen in gleichen Winkeln durch einen Schnittpunkt der Projektion und die axialen Linien gezogen werden. Diese Struktur kann den Wärmeübergang, der sich aus dem Durchgang des Brenngases oder des eingespritzten Stroms durch die Öffnungen um die axiale Linie der Kappe herum ergibt, im Wesentlichen ausgleichen und kann somit die Wärmebelastung um die axiale Linie der Kappe herum im Wesentlichen ausgleichen. Diese Struktur kann somit die Verbrennungsstabilität zusätzlich zu dem Effekt des vierten Aspekts weiter verbessern.
Figurenliste

1 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Zündkerze, die in 1 mit II bezeichnet ist.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils einer in 1 mit III bezeichneten Kappe.
4 ist eine Projektion, die man erhält, wenn man die Kappe auf eine Ebene projiziert, die senkrecht zur Axiallinie verläuft.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht von Öffnungen in der Kappe entlang der Linie V-V in 3.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Zündkerze 10 gemäß einer Ausführungsform. 1 zeigt einen Querschnitt eines vorderen Endabschnitts der Zündkerze 10, der eine axiale Linie O einschließt. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der Zündkerze 10, der in 1 mit II bezeichnet ist, der die axiale Linie O einschließt. In den 1 und 2 wird die untere Seite in der Zeichnung als vordere Endseite der Zündkerze 10 bezeichnet, und die obere Seite in der Zeichnung als hintere Endseite der Zündkerze 10.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Zündkerze 10 einen Isolator 11, ein Metallgehäuse 21 und eine Kappe 30. Der Isolator 11 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element mit einem axialen Loch 12, das sich entlang der axialen Linie O erstreckt und aus Keramik, wie z. B. Aluminiumoxid hergestellt ist, mit hohen mechanischen Eigenschaften und hohen Isolationseigenschaften bei hohen Temperaturen.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Isolator 11 einen Verriegelungsabschnitt 13 und einen vorderen Endabschnitt 15, der an die vordere Endseite des Verriegelungsabschnitts 13 angrenzt. Der Außendurchmesser des vorderen Endabschnitts 15 ist kleiner als der Außendurchmesser des Verriegelungsabschnitts 13. Der Verriegelungsabschnitt 13 hat eine Verriegelungsfläche 14, die dem vorderen Ende zugewandt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verriegelungsfläche 14 eine konische Fläche, die sich zum vorderen Ende hin verjüngt, aber darauf ist sie nicht beschränkt. Die Verriegelungsfläche 14 kann eine Fläche sein, die senkrecht zur axialen Linie O verläuft. Der vordere Endabschnitt 15 hat eine äußere Umfangsfläche 16, die in radialer Richtung nach außen weist. Die äußere Umfangsfläche 16 grenzt an die vordere Endseite der Verriegelungsfläche 14.
Eine Dichtung 17 ist in Kontakt mit einem Abschnitt des Isolators 11, der eine Begrenzung 14a (vorderes Ende des Verriegelungsabschnitts 13) zwischen dem Verriegelungsabschnitt 13 und dem vorderen Endabschnitt 15 einschließt und näher an einem hinteren Ende jenseits der Begrenzung 14a liegt. Die Dichtung 17 ist eine ringförmige Platte aus einem Metall wie Eisen oder Stahl, das weicher ist als das Metall, aus dem das Metallgehäuse 21 hergestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform steht die Dichtung 17 nur mit der Verriegelungsfläche 14 in Kontakt, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Dichtung 17 kann mit einem Bereich in Kontakt sein, der sich über die Verriegelungsfläche 14 und die äußere Umfangsfläche 16 erstreckt.
Der vordere Endabschnitt 15 ist ein Abschnitt des Isolators 11, der sich näher am vorderen Ende befindet als ein Abschnitt, mit dem die Dichtung 17 in Kontakt ist. Die Länge L des vorderen Endabschnitts 15 in axialer Richtung bezieht sich auf den Abstand in axialer Richtung zwischen der Begrenzung 14a und einem vorderen Ende 18 des Isolators 11. Wenn ein Querschnitt betrachtet wird, der die axiale Linie O einschließt, erscheinen die Begrenzung 14a und das vordere Ende 18 des Isolators 11 auf beiden Seiten der axialen Linie O. Mindestens einer der beiden Abstände auf beiden Seiten der axialen Linie O zwischen dem vorderen Ende 18 des Isolators 11 und der Begrenzung 14a ist kleiner oder gleich 12 mm.
Die Beschreibung erfolgt erneut unter Bezugnahme auf 1. Eine Mittelelektrode 19 ist in dem axialen Loch 12 des Isolators 11 an der vorderen Endseite angeordnet. Das Spitzenende der Mittelelektrode 19 ragt zum vorderen Ende hin aus dem Isolator 11 heraus. Die Mittelelektrode 19 ist elektrisch mit einem Metallanschluss 20 in dem axialen Loch 12 verbunden. Der Metallanschluss 20 ist ein stabförmiges Element, an das ein Hochspannungskabel (nicht abgebildet) angeschlossen ist und das aus einem elektrisch leitenden Metall (z. B. kohlenstoffarmer Stahl) hergestellt. Der Metallanschluss 20 ist an einem hinteren Ende des Isolators 11 befestigt.
Das Metallgehäuse 21 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das aus einem elektrisch leitenden Metall (z. B. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) hergestellt ist. Das Metallgehäuse 21 umgibt den Außenumfang des Isolators 11. Ein Außengewinde 23 ist am Außenumfang eines Rumpfabschnitts 22 des Metallgehäuses 21 ausgebildet. Das Außengewinde 23 wird in ein Gewindeloch (nicht dargestellt) eines Motors eingepasst. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Nenndurchmesser des Außengewindes 23 kleiner oder gleich 14 mm. Der Außendurchmesser des vorderen Endabschnitts 15 des Isolators 11, d. h. die Oberfläche des vorderen Endabschnitts 15, ist im Wesentlichen proportional zum Nenndurchmesser des Außengewindes 23. Normalerweise beträgt der Außendurchmesser des vorderen Endabschnitts 15 im Wesentlichen die Hälfte des Nenndurchmessers des Außengewindes 23.
Wie in 2 dargestellt, ist am Innenumfang des Rumpfabschnitts 22 des Metallgehäuses 21 ein Absatz 24 angeordnet. Der Absatz 24 befindet sich an der vorderen Endseite der Verriegelungsfläche 14 des Isolators 11. Der Absatz 24 ermöglicht es, den Verriegelungsabschnitt 13 des Isolators 11 daran zu verriegeln. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dichtung 17 zwischen dem Verriegelungsteil 13 und dem Absatz 24 eingefügt. Das Metallgehäuse 21 trägt die Mittelelektrode 19 mit dem dazwischen liegenden Isolator 11. Die äußere Umfangsfläche 16 des vorderen Endabschnitts 15 des Isolators 11 kommt weder mit der Dichtung 17 noch mit dem Metallgehäuse 21 in Berührung.
Die Beschreibung erfolgt erneut unter Bezugnahme auf 1. Eine Masseelektrode 25 ist auf dem Rumpfabschnitt 22 des Metallgehäuses 21 angeordnet. Die Masseelektrode 25 ist ein stabförmiges Metallteil, das aus mindestens einem der Materialien Pt, Ni und Ir als Hauptbestandteil hergestellt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die Masseelektrode 25 am Außengewinde 23 und erstreckt sich durch den Rumpfabschnitt 22. Ein Teil der Masseelektrode 25 ist der Mittelelektrode 19 zugewandt, und zwischen der Mittelelektrode 19 und der Masseelektrode 25 ist eine Funkenstrecke vorhanden.
Die Kappe 30 ist mit dem Rumpfabschnitt 22 des Metallgehäuses 21 verbunden. Die Kappe 30 ist ein halbkugelförmiges Element. Beispiele für das Material der Kappe 30 umfassen mindestens ein Metallmaterial einschließlich Fe, Ni und Cu als Hauptbestandteil. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kappe 30 mit dem Metallgehäuse 21 verschweißt. Die Kappe 30 bedeckt die vordere Endseite des vorderen Endabschnitts 15 des Isolators 11 (siehe 2) und definiert eine Vorkammer 31 mit dem Rumpfabschnitt 22 des Metallgehäuses 21.
Die äußere Umfangsfläche 16 des vorderen Endabschnitts 15 des Isolators 11 (siehe 2) ist der Vorkammer 31 ausgesetzt. Die Kappe 30 hat mehrere Öffnungen 32, die sich durch die Kappe 30 in Dickenrichtung erstrecken. Die Öffnungen 32 verbinden die Vorkammer 31 mit einem Brennraum eines Motors (nicht dargestellt).
Als Reaktion auf eine Betätigung des Ventils eines Motors (nicht dargestellt) strömt Brenngas aus dem Brennraum des Motors durch die Öffnungen 32 in die Vorkammer 31 der am Motor befestigten Zündkerze 10. Die Zündkerze 10 erzeugt einen Flammenkern mit Entladung zwischen der Mittelelektrode 19 und der Masseelektrode 25. Wenn der Flammenkern wächst, entzündet sich das Brenngas in der Vorkammer 31 und verbrennt. Der aus der Verbrennung des Brenngases resultierende Expansionsdruck verursacht einen Gasstrom mit einer Flamme und injiziert Gas mit einer Flamme durch die Öffnungen 32 in die Brennkammer. Der eingespritzte Strom der Flamme verbrennt das Brenngas in der Brennkammer.
Die Verbrennung des Brenngases in der Vorkammer 31, die Einspritzung des Gasstroms mit einer Flamme und die Verbrennung des Brenngases in der Brennkammer erwärmen den Isolator 11, die Mittelelektrode 19, den Rumpfabschnitt 22 des Metallgehäuses 21 und die Kappe 30. Das Brenngas, das als Reaktion auf die Betätigung des Ventils des Motors in die Verbrennungskammer oder die Vorkammer 31 geströmt ist, kühlt den Isolator 11, die Mittelelektrode 19, den Rumpfabschnitt 22 des Metallgehäuses 21 und die Kappe 30. Die Wärme des Rumpfabschnitts 22 des Metallgehäuses 21, der Masseelektrode 25 und der Kappe 30 wird über das Außengewinde 23 an den Motor abgegeben. Die Wärme der Mittelelektrode 19 und des Isolators 11 wird von der Dichtung 17 (siehe 2) durch das Außengewinde 23 an den Motor übertragen.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Kappe 30, die in 1 mit III bezeichnet ist. Die Öffnung 32 erstreckt sich durch die Kappe 30 von einer Innenfläche 33 zu einer Außenfläche 34 der Kappe 30. Die Öffnung 32 hat einen kreisförmigen Querschnitt, der senkrecht zur Mittellinie C der Öffnung 32 verläuft.
Ein Rand 35 der Öffnung 32, an dem sich die Innenfläche 33 der Kappe 30 und die Öffnung 32 kreuzen, ist abgeschrägt oder abgerundet. Eine Kante 36 der Öffnung 32, an der sich die Außenfläche 34 der Kappe 30 und die Öffnung 32 kreuzen, ist ebenfalls abgeschrägt oder abgerundet. Somit ist die Querschnittsfläche der Öffnung 32 senkrecht zur Mittellinie C der Öffnung 32 in einem Bereich nahe der Kante 35 oder 36 größer als die Querschnittsfläche der Öffnung 32 senkrecht zur Mittellinie C der Öffnung 32 in einem Bereich außerhalb der Kante 35 oder 36. Um den Effekt der Abschrägung oder Abrundung der Kante 35 oder 36 zu vermeiden, bezieht sich die Querschnittsfläche jeder Öffnung 32 auf eine Querschnittsfläche jeder Öffnung 32 senkrecht zur Mittellinie C an einer Position, die größer oder gleich 0,2 mm von der Kante 35 oder 36 entlang der Mittellinie C entfernt ist.
Eine minimale Querschnittsfläche jeder Öffnung 32, die sich ergibt, wenn die Querschnittsfläche der Öffnung 32 an einer beliebigen Position innerhalb eines Bereichs größer oder gleich 0,2 mm von der Kante 35 oder 36 entlang der Mittellinie C entfernt gemessen wird, ist größer oder gleich 90% einer maximalen Querschnittsfläche der Öffnung 32 innerhalb dieses Bereichs. Dies wird festgelegt, um den Energieverlust des eingespritzten Stroms zu verringern, der sich aus einer Abweichung der Querschnittsfläche der Öffnung 32 ergibt.
4 ist eine Projektion 41, die durch Projektion der Kappe 30 auf die Ebene senkrecht zur axialen Linie O erhalten wird. Die Öffnungen 32 sind in einem Bereich der halbkugelförmigen Kappe 30 mit Ausnahme eines Abschnitts, den die axialen Linie O kreuzt, ausgebildet, und daher sind die Öffnungen 32, die in der Projektion 41 erscheinen, elliptisch. Die Öffnungen 32 sind in dem Bereich der Kappe 30 mit Ausnahme eines Abschnitts, den die axiale Linie O kreuzt, ausgebildet. Auf diese Weise kann der Brenngasstrom, der von der Brennkammer durch die Öffnungen 32 in die Vorkammer 31 strömt, einen großen Drall bilden. Diese Struktur kann die Fluidität des Brenngases in der Vorkammer 31 verbessern, die Leistung des Brenngases zur Kühlung des vorderen Endabschnitts 15 des Isolators 11 erhöhen und die Vorzündung weiter reduzieren.
Die Öffnungen 32 umfassen eine größte Öffnung 37, große Öffnungen 38, kleine Öffnungen 39 und eine kleinste Öffnung 40. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Kappe 30 acht Öffnungen 32. Die acht Öffnungen 32 sind im Wesentlichen in gleichem Abstand von der axialen Linie O angeordnet.
Die Öffnungen 32 in der Kappe 30 sind im Wesentlichen in gleichem Abstand zueinander um die axiale Linie O angeordnet. Wenn also in der Projektion 41 gerade Linien 42, die in ihrer Anzahl den Öffnungen 32 entsprechen, in gleichen Winkeln durch den Schnittpunkt der Projektion 41 und die axiale Linie O gezogen werden, können die geraden Linien 42 alle Öffnungen 32 kreuzen. In der Projektion 41 muss jede der geraden Linien 42 die entsprechende Öffnung 32 nicht in der Mitte der Öffnung 32 kreuzen, sondern kann die Öffnung 32 an einem beliebigen Abschnitt kreuzen. Diese Struktur kann den Wärmeübergang, der sich aus dem Durchgang des Brenngases oder des eingespritzten Stroms durch die Öffnungen 32 um die axiale Linie der Kappe 30 ergibt, im Wesentlichen ausgleichen und somit die Wärmebelastung um die axiale Linie der Kappe 30 im Wesentlichen ausgleichen. Die vorliegende Ausführungsform umfasst acht Öffnungen 32, so dass die acht gerade Linien 42 eingezeichnet sind. Der kleinste Winkel, in dem sich die in gleichen Winkeln zur axialen Linie O gezogenen Geraden 42 kreuzen, beträgt 45°.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Öffnungen 32 der Kappe 30 entlang der Linie V-V in 3. In 5 sind die Querschnitte der Öffnungen 32 senkrecht zu den Mittellinien C (siehe 3) dargestellt. Die Öffnungen 32 umfassen die größte Öffnung 37, die großen Öffnungen 38, die kleinen Öffnungen 39 und die kleinste Öffnung 40 mit unterschiedlichen minimale Querschnittsflächen. In 5 haben die Öffnungen 32 mit größeren Querschnitten größere minimale Querschnittsflächen.
Die größte Öffnung 37 ist eine der Öffnungen 32 mit der größten minimalen Querschnittsfläche. Die vorliegende Ausführungsform umfasst eine größte Öffnung 37. Die großen Öffnungen 38 sind Öffnungen mit einer minimalen Querschnittsfläche, die größer oder gleich 90% der minimalen Querschnittsfläche der größten Öffnung 37 ist. Die vorliegende Ausführungsform umfasst zwei große Öffnungen 38. Die kleinen Öffnungen 39 sind Öffnungen mit einer minimalen Querschnittsfläche von weniger als 90 % der minimalen Querschnittsfläche der größten Öffnung 37. Die kleinste Öffnung 40 ist eine der Öffnungen 32 mit der kleinsten minimalen Querschnittsfläche. Die kleinste Öffnung 40 hat eine minimale Querschnittsfläche von weniger als 90 % der minimalen Querschnittsfläche der größten Öffnung 37.
Die Öffnungen 32 umfassen Öffnungen mit unterschiedlichen minimalen Querschnittsflächen und können so die Durchflussrate des Brenngases variieren, das durch die Öffnungen 32 in die Vorkammer 31 der Kappe 30 geströmt ist. Die vielen Durchflüsse mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten verbessern die Fließfähigkeit des Brenngases, so dass der vordere Endabschnitt 15 des Isolators 11, der der Vorkammer 31 ausgesetzt ist, durch das Verbrennungsgas gekühlt wird. Die Länge L des vorderen Endabschnitts 15 in axialer Richtung ist kleiner als oder gleich 12 mm, so dass die Wärmekapazität des vorderen Endabschnitts 15 reduziert werden kann. Das Verbrennungsgas kann die Wirkung der Kühlung des vorderen Endabschnitts 15 verstärken. Dadurch kann die Vorzündung von Brenngas, das durch die Öffnungen 32 in die Vorkammer 31 geströmt ist, reduziert werden.
Die Summe der Anzahl einer oder mehrerer größter Öffnungen 37 und der Anzahl großer Öffnungen 38 (drei in der vorliegenden Ausführungsform) ist kleiner als die Summe der Anzahl kleiner Öffnungen 39 und der Anzahl einer oder mehrerer kleinster Öffnungen 40 außer der größten Öffnung 37 und der großen Öffnungen 38 (fünf in der vorliegenden Ausführungsform). So kann ein Gasstrom, der eine Flamme enthält, auch durch die kleinen Öffnungen 39 und die kleinste Öffnung 40, die nicht die größte Öffnung 37 und die großen Öffnungen 38 sind, eingespritzt werden. Auf diese Weise kann sich das Brenngas in der Brennkammer stabil entzünden, und die Verbrennungsstabilität kann verbessert werden.
Die minimale Querschnittsfläche der größten Öffnung 37 ist größer als oder gleich 120% und kleiner als oder gleich 500% der minimalen Querschnittsfläche der kleinsten Öffnung 40. Die Strömung des Brenngases in der Vorkammer 31 wird verbessert, und frisches Brenngas kann leichter zur Funkenstrecke gelangen. Dadurch verbessert sich die Zündstabilität, die Einspritzung eines Gasstroms durch die kleinste Öffnung 40 kann sichergestellt werden, und die Verbrennungsstabilität kann weiter verbessert werden.
[Beispiele]
Die vorliegende Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
(Probenherstellung)

Ähnlich wie bei der Zündkerze 10 gemäß einer Ausführungsform wurden von einem Prüfer die in Tabelle 1 gezeigten Proben Nr. 1 bis 11 hergestellt. Die Proben Nr. 1 bis 11 unterscheiden sich in der Länge L (mm) des vorderen Endabschnitts 15 des Isolators 11, der Zahl, die sich aus der Subtraktion der „Summe der Anzahl einer oder mehrerer größter Öffnungen 37 und der Anzahl großer Öffnungen 38“ von der „Summe der Anzahl kleiner Öffnungen 39 und der Anzahl einer oder mehrerer kleinster Öffnungen 40“ ergibt, Verhältnis (%) der minimalen Querschnittsfläche der größten Öffnung 37 zur minimalen Querschnittsfläche der kleinsten Öffnung 40, und ob sich alle Öffnungen 32 und die gerade Linie 42 in der Projektion 41 kreuzen. Die Proben Nr. 1 bis 11 haben die gleiche Menge, die gleichen Abmessungen oder die gleichen Formen, mit Ausnahme der oben genannten Teile. Die Proben Nr. 1 bis 11 haben jeweils acht Öffnungen 32 in der Kappe 30, und der Nenndurchmesser des Außengewindes 23 beträgt 14 mm. Tabelle 1

Nr.	Länge des vorderen Endabschnitts (mm)	Anzahl der Öffnungen einschließlich kleiner Öffnungen - Anzahl der Öffnungen einschließlich großer Öffnungen	Größte Öffnungen/kleinste Öffnungen (%)	Kreuzung von Öffnungen und geraden Linien	Test 1	Test 2
1	6	Positive Zahl	156	Gekreuzt	A	A
2	12	Positive Zahl	156	Gekreuzt	A	A
3	6	Positive Zahl	225	Gekreuzt	A	A
4	6	Positive Zahl	400	Gekreuzt	A	A
5	6	Positive Zahl	156	Gescheitert	A	B
6	6	Positive Zahl	225	Gescheitert	A	B
7	6	Positive Zahl	1600	Gescheitert	A	C
8	6	Positive Zahl	115	Gescheitert	A	C
9	6	0	115	Gescheitert	A	D
10	15	Positive Zahl	156	Gekreuzt	D	A
11	6	-	-	Gescheitert	D	C

Die Proben Nr. 1 bis 10 unterscheiden sich durch die minimale Querschnittsfläche der Öffnungen 32. Die Probe Nr. 11 hat die Öffnungen 32 mit einer einheitlichen minimalen Querschnittsfläche.
Bei den Proben Nr. 1 bis 8 und 10 ist die Zahl, die man erhält, wenn man „die Summe der Anzahl einer oder mehrerer größter Öffnungen 37 und der Anzahl großer Öffnungen 38“ von „der Summe der Anzahl kleiner Öffnungen 39 und der Anzahl einer oder mehrerer kleinster Öffnungen 40“ subtrahiert, eine positive Zahl. Mit anderen Worten, in den Proben Nr. 1 bis 8 und 10 ist „die Summe der Anzahl einer oder mehrerer großer Öffnungen 37 und der Anzahl großer Öffnungen 38“ kleiner als „die Summe der Anzahl kleiner Öffnungen 39 und der Anzahl einer oder mehrerer kleinster Öffnungen 40“. In der Probe Nr. 9 ist „die Summe aus der Anzahl einer oder mehrerer großer Öffnungen 37 und der Anzahl großer Öffnungen 38“ gleich „der Summe aus der Anzahl kleiner Öffnungen 39 und der Anzahl einer oder mehrerer kleinster Öffnungen 40“.
In den Proben Nr. 1 bis 4 und 10 kreuzen sich alle Öffnungen 32 und die geraden Linien 42 in der Projektion 41. Bei den Proben Nr. 5 bis 9 und 11 kreuzt mindestens eine Öffnung 32 keine der geraden Linien 42 in der Projektion 41.
(Test 1)
Der Test 1 bezieht sich auf die Vorzündung. Ein Prüfer befestigte jede Probe an einem entsprechenden Zylinder eines Vierzylinder-Benzinmotors mit natürlichem Einlass und einem Hubraum von 1,3 Litern und betätigte den Motor, um eine Einlassdrosselklappe in eine Vollgasposition zu bringen. Der Motor wurde eine Minute lang betrieben, um einen bestimmten Zündzeitpunkt zu erreichen und zu prüfen, ob eine Vorzündung auftritt. Wenn keine Vorzündung auftrat, wurde der Motor eine Minute lang mit einem Zündzeitpunkt von 2 Grad betrieben, und dieser Vorgang wurde wiederholt, bis eine Vorzündung auftrat.
Ein größerer Kurbelwinkel, bei dem eine Vorzündung auftritt, bedeutet, dass eine Vorzündung nur schwer möglich ist. Eine Probe, bei der der Kurbelwinkel, bei dem eine Vorzündung auftritt, größer als oder gleich 30° vor dem oberen Totpunkt ist, wird mit A (ausgezeichnet) bewertet, während eine Probe, bei der der Kurbelwinkel, bei dem eine Vorzündung auftritt, kleiner als 30° vor dem oberen Totpunkt ist, mit D (schlecht) bewertet wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
(Test 2)
Der Test 2 ist eine Prüfung der Verbrennungsstabilität. Ein Prüfer befestigte jede Probe an einem entsprechenden Zylinder eines aufgeladenen Vierzylinder-Benzinmotors mit Direkteinspritzung und einem Hubraum von 1,6 Litern, ließ den Motor laufen und berechnete den Varianzkoeffizienten (COV) eines angezeigten mittleren effektiven Drucks zwischen 3000 Zyklen unter den Bedingungen einer Motordrehzahl von 2000 U/min, einem Druck von 1200 kPa und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von 14,5.
Ein kleinerer COV weist auf eine höhere Verbrennungsstabilität hin. Die Probe mit einem COV von weniger als 1 % wird mit A (ausgezeichnet) bewertet, die Probe mit einem COV von größer oder gleich 1 % und kleiner als 2 % wird mit B (gut) bewertet, die Probe mit einem COV von größer oder gleich 2 % und kleiner als 3 % wird mit C (mittelmäßig) bewertet, und die Probe mit einem COV von größer oder gleich 3 % wird mit D (schlecht) bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
(Bewertung)
In Test 1 (Vorzündung) wurden die Proben Nr. 1 bis 9 als A bewertet, während die Proben Nr. 10 und 11 als D bewertet wurden. Die Proben Nr. 1 bis 9 haben den vorderen Endabschnitt 15 mit einer Länge kleiner oder gleich 12 mm, und die Öffnungen 32 variieren in der minimalen Querschnittsfläche. Im Vergleich zu den Proben 10 und 11 weisen die Proben 1 bis 9 eine verbesserte Fließfähigkeit des Brenngases in der Vorkammer 31 auf und können daher den vorderen Endabschnitt 15 mit einer relativ geringen Wärmekapazität kühlen. Es wird angenommen, dass dies der Grund dafür ist, dass die Überhitzung des vorderen Endabschnitts 15 zur Verringerung der Vorzündung reduziert wurde.
In Test 2 (Verbrennungsstabilität) wurden die Proben Nr. 1 bis 8 mit A, B oder C bewertet, während die Probe Nr. 9 mit D bewertet wurde. Bei den Proben Nr. 1 bis 8 war „die Summe der Anzahl einer oder mehrerer größter Öffnungen 37 und die Anzahl großer Öffnungen 38“ kleiner als „die Summe der Anzahl kleiner Öffnungen 39 und die Anzahl einer oder mehrerer kleinster Öffnungen 40“. Im Vergleich zur Probe Nr. 9 wurde bei den Proben Nr. 1 bis 8 ein Gasstrom mit einer Flamme durch die anderen Öffnungen 32 als die größte Öffnung 37 und die großen Öffnungen 38 (durch die kleinen Öffnungen 39 und die kleinste Öffnung 40) eingeleitet. Diese Struktur kann das Brenngas in der Brennkammer stabil entzünden. Es wird angenommen, dass dies der Grund dafür ist, dass die Verbrennungsstabilität verbessert wird.
In Test 2 wurden die Proben Nr. 1 bis 6 als A oder B bewertet, während die Proben Nr. 7 und 8 als C bewertet wurden. Bei den Proben Nr. 1 bis 6 lag das Verhältnis der minimalen Querschnittsfläche der größten Öffnung 37 zur minimalen Querschnittsfläche der kleinsten Öffnung 40 in einem Bereich von größer als oder gleich 120% und kleiner als oder gleich 500%. Im Vergleich zu den Proben Nr. 7 und 8 ist bei den Proben Nr. 1 bis 6 der Brenngasstrom in der Vorkammer 31 verbessert, und frisches Brenngas kann die Funkenstrecke leichter erreichen. Dadurch verbessert sich die Zündstabilität, und die Einspritzung eines Gasstroms durch die kleinste Öffnung 40 kann sichergestellt werden. Es wird angenommen, dass dies der Grund dafür ist, dass die Verbrennungsstabilität weiter verbessert wird.
In Test 2 wurden die Proben Nr. 1 bis 4 als A bewertet, während die Proben Nr. 5 und 6 als B bewertet wurden. Bei den Proben Nr. 1 bis 4 kreuzen sich alle Öffnungen 32 und die geraden Linien 42 in der Projektion 41. Im Vergleich zu den Proben Nr. 5 und 6 ist bei den Proben Nr. 1 bis 4 die Wärmeübertragung, die sich aus dem Durchgang des Brenngases oder des eingespritzten Stroms durch die Öffnungen 32 ergibt, um die axiale Linie der Kappe 30 herum gleichmäßig. Die Wärmebelastung um die axiale Linie der Kappe 30 ist im Wesentlichen ausgeglichen. Es wird angenommen, dass dies der Grund ist, warum die Verbrennungsstabilität weiter verbessert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt und kann leicht als verbessert oder modifiziert in verschiedener Weise innerhalb eines Bereichs, der nicht vom Kern der vorliegenden Erfindung abweicht, verstanden werden.
In jeder Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem die Kappe 30 acht Öffnungen 32 aufweist, doch ist dies nicht einschränkend. Die Anzahl der in der Kappe 30 ausgebildeten Öffnungen 32 kann nach Belieben bestimmt werden, solange die Anzahl drei oder mehr beträgt (mindestens eine große Öffnung 37 und zwei kleine Öffnungen 39). Wenn die Kappe 30 drei Öffnungen 32 aufweist, enthalten die Öffnungen 32 keine große Öffnung 38, und eine kleinere der kleinen Öffnungen 39 dient als kleinste Öffnung. Wenn die beiden kleinen Öffnungen 39 die gleiche Größe haben, ist die Mindestquerschnittsfläche der kleinsten Öffnung gleich der Mindestquerschnittsfläche der anderen kleinen Öffnung 39.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem die Öffnungen 32 in der Kappe 30 einen kreisförmigen Querschnitt haben, aber dies ist nicht einschränkend. Beispiele für andere Querschnitte der Öffnungen 32 umfassen eine Ellipse, ein Polygon und ein Polygon mit abgerundeten Ecken.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem die halbkugelförmige Kappe 30 mit der kugelkronenförmigen Innenfläche 33 und der Außenfläche 34 auf dem Metallgehäuse 21 angeordnet ist, aber dies ist nicht einschränkend. Die Kappe 30 kann jede beliebige Form haben. Zum Beispiel kann eine zylindrische Kappe mit geschlossenem Ende natürlich verwendbar sein.
Die Ausführungsform hat einen Fall beschrieben, in dem die Kappe 30 eine größte Öffnung 37 und eine kleinste Öffnung 40 aufweist, aber dies ist nicht einschränkend. Wenn die Kappe 30 mehrere Öffnungen mit der größten minimalen Querschnittsfläche aufweist, umfasst die Kappe 30 mehrere größte Öffnungen 37. Wenn die Kappe 30 mehrere Öffnungen mit der kleinsten minimalen Querschnittsfläche aufweist, enthält die Kappe mehrere kleinste Öffnungen 40.
Die Ausführungsform beschreibt einen Fall, in dem die Dichtung 17 (separates Element) zwischen dem Verriegelungsabschnitt 13 des Isolators 11 und dem Absatz 24 des Metallgehäuses 21 angeordnet ist, aber dies ist nicht einschränkend. Das Metallgehäuse 21 kann natürlich auch am Außenumfang des Isolators 11 angeordnet sein, wobei der Verriegelungsabschnitt 13 des Isolators 11 und des Absatzes 24 dea Metallgehäuses 21 in direktem Kontakt zueinander stehen. In diesem Fall bezieht sich der vordere Endabschnitt 15 auf den Abschnitt des Isolators 11, der näher am vorderen Ende liegt als der Abschnitt, mit dem der Absatz 24 in Kontakt ist.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem die lineare Masseelektrode 25 am Außengewinde 23 des Metallgehäuses 21 angeordnet ist, aber dies ist nicht einschränkend. Die Masseelektrode 25 kann entweder auf dem Metallgehäuse 21 oder der Kappe 30 angeordnet sein. Die Form der Masseelektrode 25 ist nicht auf eine lineare Form beschränkt. Die Masseelektrode 25 kann auch gebogen sein. Die Funkenstrecke ist nicht darauf beschränkt, dass sie sich an der Stirnseite der Mittelelektrode 19 befindet. Die Funkenstrecke kann auch an der Außenseite der Mittelelektrode 19 in radialer Richtung angeordnet sein.
In der Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem die Kappe 30 mit dem Metallgehäuse 21 verschweißt ist, aber dies ist nicht einschränkend. Es ist natürlich möglich, ein rohrförmiges Element mit einer Kappe am vorderen Ende herzustellen und das rohrförmige Element mit dem Metallgehäuse 21 zu verbinden, um die Vorkammer 31 zu definieren. Das rohrförmige Element ist ein rohrförmiges Element, dessen vorderes Ende mit der Kappe verschlossen ist und das an der inneren Umfangsfläche ein Innengewinde aufweist, das mit dem Außengewinde 23 des Metallgehäuses 21 zu verbinden ist. Ein Außengewinde, das mit dem Gewindeloch eines Motors zu verbinden ist, ist an der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements angeordnet. Wenn das Innengewinde des rohrförmigen Elements mit dem Außengewinde 23 des Metallgehäuses 21 gekoppelt ist, wird die Kappe an der vorderen Endseite des Metallgehäuses 21 angeordnet. Diese Kappe hat die Öffnungen 32.
Mittel zum Verbinden des rohrförmigen Elements mit dem Metallgehäuse 21, um eine Kappe am vorderen Ende des Metallgehäuses 21 anzuordnen, sind nicht auf Mittel zum Koppeln des Innengewindes an der inneren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements mit dem Außengewinde 23 des Metallgehäuses 21 beschränkt. Das rohrförmige Element kann natürlich auch durch andere Mittel mit dem Metallgehäuse verbunden werden. Beispiele für andere Mittel sind Mittel zum Verbinden des rohrförmigen Elements und des Metallgehäuses, z. B. durch Schweißen. Beispiele für das Material des rohrförmigen Elements sind metallische Werkstoffe wie Nickellegierungen oder rostfreier Stahl und keramische Werkstoffe wie Siliziumnitrid.
Bezugszeichenliste

10: Zündkerze
11: Isolator
13: Verriegelungsabschnitt
14a: Begrenzung (vorderes Ende des Verriegelungsabschnitts)
15: vorderer Endabschnitt
17: Dichtung (separates Element)
18: Vorderes Ende des Isolators
21: Metallgehäuse
24: Absatz
30: Kappe
32: Öffnung
37: größte Öffnung
38: große Öffnung
39: kleine Öffnung
40: kleinste Öffnung
41: Projektion
42: gerade Linie
L: Länge des vorderen Endabschnitts in axialer Richtung
O: axiale Linie

Claims

Eine Zündkerze (10), umfassend: ein rohrförmiges Metallgehäuse (21), das an einem Innenumfang einen in radialer Richtung nach innen vorspringende Absatz (24) aufweist einen Isolator (11), der einen Verriegelungsabschnitt (13) mit einer vorderen Endseite, die direkt oder mit einem dazwischen angeordneten anderen Element (17) an dem Absatz (24) verriegelt ist, und einen vorderen Endabschnitt (15) angrenzend an die vordere Endseite des Verriegelungsabschnitts (13) aufweist, wobei sich der Isolator (11) entlang einer axialen Linie erstreckt; und eine Kappe (30), die an einer vorderen Endseite des Metallgehäuses (21) angeordnet ist, um eine vordere Endseite des vorderen Endabschnitts (15) des Isolators (11) abzudecken, wobei die Kappe (30) eine Vielzahl von Öffnungen (32) aufweist, die sich durch die Kappe (30) in einer Dickenrichtung der Kappe (30) erstrecken, wobei die Vielzahl von Öffnungen (32) Öffnungen mit unterschiedlichen minimalen Querschnittsflächen umfassen, wobei eine Summe der Anzahl von einer oder mehreren größten Öffnungen (37), die in der Vielzahl von Öffnungen (32) enthalten sind und die eine größte minimale Querschnittsfläche aufweisen, und der Anzahl von einer oder mehreren großen Öffnungen (38), die in der Vielzahl von Öffnungen (32) enthalten sind und die eine minimale Querschnittsfläche von mehr als oder gleich 90% der minimalen Querschnittsfläche der einen oder mehreren größten Öffnungen (37) aufweisen, kleiner ist als die Anzahl von Öffnungen (39, 40), die in der Vielzahl von Öffnungen (32) enthalten sind und die nicht die eine oder die mehreren größten Öffnungen (37) und die eine oder die mehreren großen Öffnungen (38) sind, und wobei eine Länge (L) des vorderen Endabschnitts (15) in einer axialen Richtung zwischen einem vorderen Ende (18) des Isolators (11) und einem vorderen Ende (14a) des Verriegelungsabschnitts (13) kleiner als oder gleich 12 mm ist.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei eine minimale Querschnittsfläche jeder der mehreren Öffnungen (32) größer als oder gleich 90% einer maximalen Querschnittsfläche der Öffnung (32) ist.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine minimale Querschnittsfläche der einen oder mehreren größten Öffnungen (37) größer als oder gleich 120 % und kleiner als oder gleich 500 % einer minimalen Querschnittsfläche einer oder mehrerer kleinster Öffnungen (40) ist, die in der Vielzahl von Öffnungen (32) enthalten sind und die eine kleinste minimale Querschnittsfläche aufweisen.
Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahle von Öffnungen (32) in einem Bereich der Kappe (30) mit Ausnahme eines Abschnitts, den die axiale Linie (O) kreuzt, ausgebildet sind.
Zündkerze (10) nach Anspruch 4, wobei in einer Projektion (41), die durch Projizieren der Kappe (30) auf eine Ebene senkrecht zur Axiallinie (O) erhalten wird, wenn gerade Linien (42), die in ihrer Anzahl den Öffnungen (32) entsprechen, in gleichen Winkeln durch einen Schnittpunkt der Projektion (41) und der axialen Linie (O) gezogen werden, alle Öffnungen (32) und die geraden Linien (42) einander kreuzen.