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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen, die bewirken, dass beispielsweise in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine eine Funkenentladung stattfindet, wodurch ein Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird.
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Hintergrund der Technik
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Normalerweise weisen Zündkerzen bekanntermaßen eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf, die einander gegenüberliegen, und bewirken, dass eine Funkenentladung durch Anlegen einer Spannung zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode stattfindet. Zudem wurde stets das Ziel verfolgt, die Lebensdauer der Zündkerzen zu verlängern.
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Insbesondere besteht in Fällen, wo die Mittelelektrode durch Schweißen bereitgestellt wird, in einer Mittelelektrode ein Verschmelzungsabschnitt, der größtenteils Oxidschichten enthält. Wie in 4 gezeigt ist, wird daher, wenn eine von der Mittelelektrode stattfindende Funkenentladung durch den Einfluss einer Gasströmung (d. H. einer Strömung eines Kraftstoffs-Luftgemischs) in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine auf die stromabwärtige Seite geblasen wird, der Verschmelzungsabschnitt durch Entstehung eines Kathodenpunkts der Funkenentladung in dem Verschmelzungsabschnitt abgenutzt, was zu einem frühzeitigen Verschleiß der Mittelelektrode führt.
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Darüber hinaus hat man als eine Maßnahme zur Verlängerung der Lebensdauer von Zündkerzen über eine Konfiguration nachgedacht, wo die Abmessungen eines Edelmetall-Chipelements, das in der Mittelelektrode durch Schweißen angeordnet wird, vergrößert sind (siehe z. B. Patentschrift 1). Jedoch nimmt bei Verwendung dieser Konfiguration der Kostenaufwand zu; daneben bleibt das Problem der Abnutzung des Verschmelzungsabschnitts ungelöst, da der Verschmelzungsabschnitt in der Mittelelektrode immer noch vorhanden ist.
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Weiterhin gibt es bekanntermaßen eine Konfiguration, bei der sowohl ein stabförmiges Haupt-Chipelement als auch ein ringförmiges Neben-Chipelement, das das Haupt-Chipelement umgibt, in einer Masseelektrode angeordnet sind (siehe z. B. Patentschrift 2 und 3). Jedoch ist diese Konfiguration zur Verhinderung einer unbeabsichtigten Mehrfachentladung aufgrund des Herausblasens von Funken bei einer Erhöhung der Gasströmungsgeschwindigkeit und dadurch zum Verhindern der Abnutzung der Masseelektrode entwickelt wurden. Das heißt, dass diese Konfiguration nicht zum Verhindern einer Abnutzung der Mittelelektrode entwickelt worden ist.
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Druckschriften des Stands der Technik
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Patentliteratur
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- Patentschrift 1 Veröffentlichungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. JP2009187840A
- Patentschrift 2 Veröffentlichungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. JP2009199724A
- Patentschrift 3 Japanisches Patent Nr. JP5057073B2
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Kurzfassung der Erfindung
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Aufgabenstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend geschilderten Probleme entwickelt worden und hat die Aufgabe, die Abnutzung einer Mittelelektrode zu verhindern und dadurch die Lebensdauer einer Zündkerze zu verlängern.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Zündkerze eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode auf, die einander gegenüberliegen, und bewirkt, dass eine Funkenentladung durch Anlegen einer Spannung zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode stattfindet. Außerdem weist die Mittelelektrode ein stabförmige Haupt-Chipelement, das an einem distalen Ende derselben durch Schweißen über einen Verschmelzungsabschnitt angeordnet wird, und ein ringförmiges Zusatz-Chipelement auf, das den Verschmelzungsabschnitt umgibt.
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Wenn folglich eine von der Mittelelektrode stattfindende Funkenentladung zu der stromabwärtigen Seite durch den Einfluss einer Gasströmung in einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine geblasen wird, kann verhindert werden, dass ein Kathodenpunkt in dem Verschmelzungsabschnitt gebildet wird, da der Verschmelzungsabschnitt durch das Neben-Chipelement umgeben und somit geschützt ist. Folglich kann die Abnutzung der Mittelelektrode verhindert werden, wodurch die Lebensdauer der Zündkerze verlängert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein distales Ende des Haupt-Chipelements so angeordnet, dass es von einem distalen Ende des Neben-Chipelements in Richtung auf die Masseelektrode in einer axialen Richtung der Zündkerze vorsteht.
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Folglich wird die Entladungsstrecke zwischen der Mittelelektrode und der Massenelektrode zwischen dem Haupt-Chipelement und der Masseelektrode kürzer als zwischen dem Neben-Chipelement und der Masseelektrode. Während des Auftretens einer Funkenentladung findet daher zunächst eine kapazitive Entladung zwischen dem Haupt-Chipelement und der Masseelektrode statt. Anschließend wird bewirkt, dass eine induktive Entladung nach der kapazitiven Entladung unter dem Einfluss der Gasströmung zwischen dem Neben-Chipelement und der Masseelektrode stattfindet; und das Neben-Chipelement weist das gleiche elektrische Potenzial wie das Haupt-Chipelement auf.
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Somit wird hauptsächlich in dem Haupt-Chipelement ein Kathodenpunkt der kapazitiven Entladung gebildet, wohingegen ein Kathodenpunkt der induktiven Entladung hauptsächlich in dem Neben-Chipelement gebildet wird. Das heißt, dass in der Mittelelektrode der Teil, der den Kathodenpunkt der kapazitiven Entladung bildet, von dem Teil, der den Kathodenpunkt der induktiven Entladung bildet, getrennt ist. Somit kann eine Abnutzung der Mittelelektrode verhindert werden, wodurch die Lebensdauer der Zündkerze verlängert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist eine schematische Ansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform.
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2A ist eine Vorderansicht eines Teils der Zündkerze gemäß der Ausführungsform.
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2B ist eine Ansicht von unten von dem Teils der Zündkerze gemäß der Ausführungsform.
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3A ist eine schematische Ansicht, die zusammen mit 3B und 3C eine Funkenentladung in der Zündkerze gemäß der Ausführungsform darstellt.
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3B ist eine schematische Ansicht, die zusammen mit 3A und 3C die Funkenkleidung in der Zündkerze gemäß der Ausführungsform darstellt.
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3C ist eine schematische Ansicht, die zusammen mit 3A und 3B die Funkenentladung in der Zündkerze gemäß der Ausführungsform darstellt.
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4 ist eine schematische Ansicht, die eine Funkenentladung in einer herkömmlichen Zündkerze darstellt.
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Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
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Nachstehend wird eine Zündkerze 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Die Zündkerze 1 ist so konstruiert, dass sie bewirkt, dass z. B. In einem Zylinder einer Verbrennungsmaschine eine Funkenentladung stattfindet, wodurch ein Kraftstoff-Luftgemisch gezündet wird. Die Zündkerze 1 beinhaltet eine Metallhülle 2, einen Isolator 3, eine Mittelelektrode 4 und eine Masseelektrode 5, die nachstehend jeweils ausführlich beschrieben werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Zündkerze 1 die Metallhülle 2 auf, die eine zylindrische Form aufweist und aus Kohlenstoffstahl oder dergleichen gefertigt ist. Die Metallhülle 2 weist einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 2 zum Befestigen der Zündkerze 1 an einem Gehäuse (nicht gezeigt) der Verbrennungsmaschine auf.
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Im Inneren der Metallhülle 2 ist der Isolator 3 befestigt, der aus einem aus gebrannten Aluminiumoxid-(Al2O3-)Keramikkörper gebildet ist. Ein distaler Endabschnitt 3a des Isolators 3 ist so angeordnet, dass er von der Metallhülle 2 zur Außenseite freiliegt.
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Die Mittelelektrode 4 ist in einer Axialbohrung 3b befestigt, die in dem Isolator 3 so ausgebildet ist, dass sie sich in einer axialen Richtung der Zündkerze 1 erstreckt. Die Mittelelektrode 4 wird durch die Metallhülle 2 über den Isolator 3 isolierend gehalten.
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Außerdem ist ein distaler Endabschnitt 4a der Mittelelektrode 4 so angeordnet, dass er von dem distalen Ende 3a des Isolators 3 nach außen freiliegt. Ein Hauptkörper 4b der Mittelelektrode 4 hingegen ist in der Axialbohrung 3b des Isolators 3 aufgenommen.
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Darüber hinaus weist die Mittelelektrode 3 eine zylindrische Form auf und besteht aus einem hoch wärmeleitenden Metallmaterial, wie z. B. Cu, als das Kernmaterial und einem hoch wärmebeständigen, korrosionsbeständigen Metallmaterial, wie z. B. einer Legierung auf Nickelbasis, als das Verkleidungsmaterial.
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Die Masseelektrode 5 weist einen gebogenen Abschnitt auf, der darin so ausgebildet ist, dass die Masseelektrode 5 im Wesentlichen L-förmig ist. Die Masseelektrode 5 wird durch Schweißen an einem Ende der Metallhülle 2 befestigt, so dass sie dem distalen Endabschnitt 4a der Mittelelektrode 4 über eine dazwischen gebildete Entladungsstrecke gegenüberliegt.
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Darüber hinaus besteht die Masseelektrode 5 zudem aus einem hoch wärmeleitenden Metallmaterial, wie z. B. Cu, als das Kernmaterial und einem hoch wärmebeständigen, korrosionsbeständigen Metallmaterial, wie z. B. einer Legierung auf Nickelbasis, als das Verkleidungsmaterial.
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Die Zündkerze 1 zündet das Kraftstoff-Luftgemisch, in dem sie bewirkt, dass eine Funkenentladung in der Funkenstrecke durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 stattfindet.
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In der wie in 2A bis 2B gezeigten vorliegenden Ausführungsform weist die Mittelelektrode 4 ein zylindrisches Haupt-Chipelement 10 auf, das an ihrem distalen Ende angeordnet ist, und ein ringförmiges Neben-Chipelement 11, das so angeordnet ist, dass es das Haupt-Chipelement 10 umgibt.
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Insbesondere ist das Haupt-Chipelement 10 durch Laserschweißen oder dergleichen an den distalen Endabschnitt 4a der Mittelelektrode 4 gefügt. Zwischen dem Haupt-Chipelement 10 und dem distalen Endabschnitt 4a der Mittelelektrode 4 ist ein Verschmelzungsabschnitt 12 ausgebildet. Das Neben-Chipelement 11 ist hingegen durch Laserschweißen oder dergleichen an den Hauptkörper 4b der Mittelelektrode 4 gefügt. Zwischen dem Neben-Chipelement 11 und dem Hauptkörper 4b der Mittelelektrode 4 ist ein ringförmiger Verschmelzungsabschnitt 13 ausgebildet. Zudem wird der Verschmelzungsabschnitt 12 durch das Neben-Chipelement 11 umgeben, und sowohl elektrische als auch thermische Leitungen zwischen dem Haupt-Chipelement 10 und dem Neben-Chipelement 11 sind gesichert.
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Weiterhin steht ein distales Ende des Haupt-Chipelements 10 von einem distalen Ende des Neben-Chipelements 11 in Richtung auf die Masseelektrode 5 in der axialen Richtung der Zündkerze 1 vor. Der ringförmige Verschmelzungsabschnitt 13 ist proximal in der axialen Richtung von dem Verschmelzungsabschnitt 12 angeordnet.
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Darüber hinaus besteht jeweils das Haupt-Chipelement 10 und das Neben-Chipelement 11 aus einem Edelmetall, wie z. B. einer Iridium-(Ir-)Legierung.
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Wie vorstehend beschrieben, weist in der Zündkerze 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Mittelelektrode 4 das zylindrische Haupt-Chipelement 10, das an dem distalen Ende desselben durch Laserschweißen oder dergleichen über den Verschmelzungsabschnitt 12 angeordnet ist, und das ringförmige Neben-Chipelement 11 auf, das den Verschmelzungsabschnitt 12 umgibt.
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Weiterhin steht das distale Ende des Haupt-Chipelements 10 von dem distalen Ende des Neben-Chipelements 11 in Richtung auf die Masseelektrode 5 in der axialen Richtung der Zündkerze 1 vor, und der ringförmige Verschmelzungsabschnitt 13 ist proximal in der axialen Richtung von dem Verschmelzungsabschnitt 12 angeordnet.
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Folglich wird die Entladungsstrecke zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 zwischen dem Haupt-Chipelement 10 und der Masseelektrode 5 kleiner als zwischen dem Neben-Chipelement 11 und der Masseelektrode 5. Wie in 3A gezeigt ist, ereignet sich daher während des Auftretens einer Funkenentladung zunächst eine kapazitive Entladung zwischen dem Haupt-Chipelement 10 und der Masseelektrode 5.
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Wie in 3B gezeigt ist, wird dann bewirkt, dass im Anschluss an die kapazitive Entladung eine induktive Entladung unter dem Einfluss der Gasströmung zwischen dem Neben-Chipelement 11 und der Masseelektrode 5 stattfindet; das Neben-Chipelement 11 weist das gleiche elektrische Potential auf wie das Haupt-Chipelement 10. Da der Verschmelzungsabschnitt 12 jedoch durch das Neben-Chipelement 11 umgeben und somit geschützt ist, kann verhindert werden, dass sich in dem Verschmelzungsabschnitt 12 ein Kathodenpunkt bildet.
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Zudem wird ein Kathodenpunkt der kapazitiven Entladung hauptsächlich in dem Haupt-Chipelement 10 gebildet, wohingegen ein Kathodenpunkt der induktiven Entladung hauptsächlich in dem Neben-Chipelement 11 gebildet wird. Das heißt, dass in der Mittelelektrode 4 der Teil, der den Kathodenpunkt der kapazitiven Entladung bildet, von dem Teil, der den Kathodenpunkt der induktiven Entladung bildet, getrennt ist.
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Aus der vorstehenden Schilderung ergibt sich, dass eine Abnutzung der Mittelelektrode 4 verhindert werden kann, wodurch sich die Lebensdauer der Zündkerze 1 verlängert.
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Da die Abnutzung des Haupt-Chipelements 10 verhindert wird, kann darüber hinaus verhindert werden, dass die Entladungsstrecke zwischen dem Haupt-Chipelement 10 und der Masseelektrode 5 verlängert wird; somit kann verhindert werden, dass eine Soll-Spannung zum Bewirken der Funkenentladung erhöht werden muss.
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Wenn außerdem die Funkenentladung durch den Einfluss der Gasströmung weiter auf die stromabwärtige Seite geblasen wird, wird auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Neben-Chipelements 11 ein Kathodenpunkt gebildet, wie in 3C gezeigt ist.
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Auch in einem solchen Fall kann jedoch der Abstand zwischen dem ringförmigen Verschmelzungsabschnitt 13 und der Masseelektrode 5 lang gehalten werden, da der ringförmige Verschmelzungsabschnitt 13 proximal in der axialen Richtung von dem Verschmelzungsabschnitt 12 angeordnet ist; somit kann die Gefahr der Bildung eines Kathodenpunkts in dem ringförmigen Verschmelzungsabschnitt 13 verhindert werden.
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Da ferner das Neben-Chipelement 11 so angeordnet ist, dass es das Haupt-Chipelement 10 umgibt, kann der Bereich der äußeren Umfangsoberfläche des ringförmigen Verschmelzungsabschnitts 13 problemlos vergrößert werden. Selbst wenn somit ein Kathodenpunkt in dem ringförmigen Verschmelzungsabschnitt 13 entstünde, könnte der den Kathodenpunkt bildende Teil aus der Mitte verschoben werden; somit könnte die Abnutzung des ringförmigen Verschmelzungsabschnitts 13 verhindert werden, wodurch die Lebensdauer der Zündkerze 1 verlängert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zündkerze
- 4
- Mittelelektrode
- 5
- Masseelektrode
- 10
- Haupt-Chipelement
- 11
- Neben-Chipelement
- 12
- Verschmelzungsabschnitt
- 13
- ringförmiger Verschmelzungsabschnitt
