DE112017001665T5

DE112017001665T5 - Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112017001665T5
Application number: DE112017001665.7T
Authority: DE
Inventors: Yuji KAJI; Koji Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-03-18
Also published as: US20190214791A1; JP6613992B2; WO2017169929A1; JP2017183105A; US10559944B2; DE112017001665B4

Abstract

Es wird eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, die eine Verbindungsfestigkeit zwischen einer Mittelelektrode und einem leitenden Glass bzw. einer leitenden Glasschmelze verbessern kann. Die Zündkerze umfasst ein Gehäuse, einen Isolator, eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode sowie leitendes Glass bzw. eine elektrisch leitende Glasschmelze. Die Mittelelektrode (4) hat einen Sperrabschnitt, der von einer Basisendseite zu einem Stufenabschnitt gesichert ist, der an einer Innenumfangsfläche des Isolators ausgebildet ist, sowie ein Elektrodenkopf (42), der sich näher an der Basisendseite als am Sperrabschnitt befindet. Ein konkaver Abschnitt (44) ist teilweise an der vorderen Endfläche (43) des Elektrodenkopfs (42) ausgebildet. Eine konkave Kontur (440), die eine Außenumfangskontur des konkaven Abschnitts (44) bei Betrachtung in axiale Richtung der Kerze darstellt, bildet eine geschlossene Kurve, die von einer Kopfkontur (420) beabstandet ist, die eine Außenumfangskontur der Basisendfläche (43) des Elektrodenkopfs (42) darstellt, und umgibt eine Mittelachse (B) der Mittelelektrode (4). Die konkave Kontur (440) hat einen nach außen gewandten Abschnitt (45), der zur Kopfkontur (420) ragt, sowie einen nach innen gewandten Abschnitt (46), der zur Mittelachse (B) der Mittelelektrode (4) ragt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 30. März 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2016-069258 , deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, die beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs Anwendung findet.
STAND DER TECHNK
Bei einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine ist allgemein eine Mittelelektrode in einem zylindrischen Isolator aufgenommen bzw. gehalten. Das bedeutet: die Mittelelektrode ist derart in dem Isolator gehalten, dass der vordere Endabschnitt hervorsteht. Die Mittelelektrode hat dabei einen Sperrabschnitt (EN: locking portion), der von einer Basisendseite zu einem Stufenabschnitt gesichert ist, der an der Innenumfangsfläche des Isolators ausgebildet ist, sowie einen Elektrodenkopf, der an der Basisendseite des Sperrabschnitts ausgebildet ist. Elektrisch leitendes Glas bzw. eine elektrisch leitende Glasschmelze ist derart in den Isolator gefüllt, dass es sich an der Basisendseite der Mittelelektrode befindet. Ein Widerstand sowie ein Stift bzw. Zündstift sind im Isolator an der Basisendseite der leitenden Glasschmelze angeordnet. Auf diese Weise ist die Mittelelektrode elektrisch mit dem Zündstift über die leitende Glasschmelze und den Widerstand verbunden.
Die leitende Glasschmelze ist hierbei mit dem Elektrodenkopf der Mittelektrode verbunden. Um die Haft- bzw. Bindefestigkeit zwischen dem Elektrodenkopf und der leitenden Glasschmelze zu verbessern, schlägt die PTL 1 eine Technik vor, um einen konkaven Abschnitt an der Basisendfläche des Elektrodenkopfs auszubilden.
DRUCKSCHRIFTENLISTE
Patentliteratur
PTL 1: JP H08-315954 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgrund einer Verkleinerung der Zündkerze wurde zuletzt auch gefordert, den Durchmesser der Mittelelektrode zu verringern. Daher wird der Kontaktbereich zwischen dem Elektrodenkopf und der leitenden Glasschmelze gering, so dass es unwahrscheinlich ist, dass die Bindefestigkeit zwischen diesen erhalten werden kann. Das bedeutet: bei der in der PTL 1 beschriebenen Konfiguration kann es schwierig werden, eine ausreichende Haft- bzw. Bindefestigkeit zu erzielen. Wenn somit beispielsweise eine auf die Zündkerze übertragene Vibration eine äußere Kraft in Rotationsrichtung um die Mittelachse verursacht, die auf die Mittelelektrode wirkt, wird ein Ablösen der Mittelelektrode von der leitenden Glasschmelze zu einem Problem.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die die Haft- bzw. Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze verbessern kann.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem zylindrischem Gehäuse; einem zylindrische Isolator, der im Gehäuse gehalten ist; einer Mittelelektrode, die im Isolator gehalten ist, so dass ein vorderes Ende hervorsteht; einer Masseelektrode, die einen Funkenentladungsspalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode bildet; und leitendem Glas bzw. einer leitenden Glasschmelze, das/die in den Isolator gefüllt ist, so dass sie sich an einer Basisendseite der Mittelelektrode befindet. Die Mittelelektrode hat einen Sperrabschnitt (EN: locking portion), der von der Basisendseite zu einem Stufenabschnitt gesichert ist, der an einer Innenumfangsfläche des Isolators ausgebildet ist, sowie ein Elektrodenkopf, der sich näher an der Basisendseite als der Sperrabschnitt befindet. Der Elektrodenkopf hat eine Basisendfläche, an welcher ein konkaver Abschnitt teilweise ausgebildet ist Eine konkave Kontur, die eine Außenumfangskontur des konkaven Abschnitts bei Betrachtung in axiale Richtung der Zündkerze darstellt, bildet eine geschlossene Kurve, die von einer Kopfkontur beabstandet ist, die eine Außenumfangskontur der Basisendfläche des Elektrodenkopfs darstellt, und umgibt eine Mittelachse der Mittelelektrode. Die konkave Kontur hat einen nach außen gewandten Abschnitt, der zur Kopfkontur ragt, sowie einen nach innen gewandten Abschnitt, der zur Mittelachse der Mittelelektrode ragt.
Bei der Zündkerze ist die Form des konkaven Abschnitts, der in der Basisendfläche des Elektrodenkopfs der Mittelelektrode ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben, wodurch die Haft- bzw. Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze verbessert werden kann.
Zunächst bildet die konkave Kontur eine geschlossene Kurve, die von der Kopfkontur beabstandet ist und die Mittelachse der Mittelelektrode umgibt. Somit kann die Festigkeit des Elektrodenkopfs an sich gewährleistet werden. Daher kann, beispielsweise bei der Herstellung der Zündkerze, eine Verformung des Elektrodenkopfs verhindert werden, und die Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze kann gewährleistet werden.
Die konkave Kontur hat einen nach außen gewandten Abschnitt, der zur Kopfkontur ragt, sowie einen nach innen gewandten Abschnitt, der konvex zur Mittelachse der Mittelelektrode ragt. Durch die Verwendung einer derartigen Form ist es nicht nur möglich, den Kontaktbereich zwischen der leitenden Glasschmelze, die in den konkaven Abschnitt gelangt ist, und dem Elektrodenkopf zu verbessern, sondern es ist auch möglich, die Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze in Rotationsrichtung um die Mittelachse zu verbessern. Das bedeutet, ein Teil der leitenden Glasschmelze, die in den konkaven Abschnitt gelangt ist, der der Innenseite des nach außen gewandten Abschnitts der konkaven Kontur entspricht, und ein Teil des Elektrodenkopfs, der der Außenseite des nach innen gewandten Abschnitts der konkaven Kontur entspricht, stehen miteinander in Rotationsrichtung in Eingriff. Daher kann die Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze bezüglich der Kraft in Rotationsrichtung um die Mittelachse erhöht werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, schafft die vorliegende Erfindung eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine, die die Haft- bzw. Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze verbessern kann.
Figurenliste
Die vorstehende Aufgabe sowie weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine Schnittansicht einer Ebene mit einer Mittelachse einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Ebene mit der Mittelachse der Zündkerze in der Umgebung des Elektrodenkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine perspektivische Ansicht der Mittelelektrode in der Umgebung des Elektrodenkopfs gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Draufsicht auf den Elektrodenkopf bei Betrachtung von der Basisendseite gemäß der ersten Ausführungsform;
5 eine Draufsicht auf den Elektrodenkopf mit verschiedenen, zu der Ansicht aus 4 hinzugefügten Hilfslinien;
6 eine Draufsicht auf den Elektrodenkopf bei Betrachtung von der Basisendseite gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 eine Draufsicht auf den Elektrodenkopf bei Betrachtung von der Basisendseite gemäß einer dritten Ausführungsform;
8 eine Draufsicht auf den Elektrodenkopf bei Betrachtung von der Basisendseite gemäß einer vierten Ausführungsform;
9 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Parameter X1 und einer Änderungsrate des Widerstands gemäß einem ersten experimentellen Beispiel zeigt;
10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Parameter X2 und einer Änderungsrate des Widerstands gemäß dem ersten experimentellen Beispiel zeigt;
11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Abstand d1 und einem Spannungsverhältnis gemäß einem zweiten experimentellen Beispiel zeigt;
12 eine Draufsicht auf einen beispielhaften Elektrodenkopf, bei dem eine konkave Kontur eine nicht-rotationssymmetrisch Form hat;
13 eine Draufsicht auf einen anderen beispielhaften Elektrodenkopf, bei dem die konkave Kontur eine nicht-rotationssymmetrisch Form hat; und
14 eine Draufsicht auf einen weiteren beispielhaften Elektrodenkopf, bei dem die konkave Kontur eine nicht-rotationssymmetrisch Form hat.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Eine Ausführungsform einer Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine wird nachfolgend bezugnehmend auf die 1 bis 5 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Zündkerze 1 ein zylindrisches Gehäuse 2, einen zylindrischen Isolator 3, eine Mittelelektrode 4, eine Masseelektrode 5 und ein elektrisch leitendes Glas bzw. eine leitende Glasschmelze 6.
Der Isolator 3 ist im Gehäuse 2 gehalten. Die Mittelelektrode 4 ist im Isolator 3 gehalten, so dass ein vorderer Endabschnitt 41 hervor- bzw. heraussteht. Die Masseelektrode 5 bildet einen Funkenentladungsspalt G zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5. Die leitende Glasschmelze 6 ist in die Basisendseite der Mittelelektrode 4 im Isolator 3 eingefüllt.
In der hier vorliegenden Beschreibung wird die Seite, auf welcher die Zündkerze 1 in eine Brennkammer eingesetzt wird, als vordere Endseite bezeichnet, und die dieser gegenüberliegende Seite wird als Basisendseite bezeichnet.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, hat die Mittelelektrode 4 einen Sperrabschnitt 49, der von der Basisendseite zu einem Stufenabschnitt 31 gesichert ist, der an der Innenumfangsfläche des Isolators 3 ausgebildet ist. Die Mittelelektrode 4 hat einen Elektrodenkopf 42, der sich näher an der Basisendseite befindet als der Sperrabschnitt 49.
Ein konkaver Abschnitt 44 ist teilweise an der Basisendfläche 43 des Elektrodenkopfs 42 ausgebildet.
Wie in 4 gezeigt ist, bildet die konkave Kontur 440, die eine Außenumfangskontur des konkaven Abschnitts 44 bei Betrachtung in axiale Richtung der Kerze darstellt, eine geschlossene Kurve, die von der Kopfkontur 420, welche die Außenumfangskontur der Basisendfläche 43 des Elektrodenkopfs 42 darstellt, beabstandet ist, und die Mittelachse B der Mittelelektrode 4 umgibt. Obgleich die axiale Richtung der Kerze hier die axiale Richtung der Zündkerze 1 ist, stimmt die axiale Richtung der Kerze mit der axialen Richtung der Mittelelektrode 4 überein.
Zudem hat die konkave Kontur 440 einen nach außen gewandten Abschnitt 45 und einen nach innen gewandten Abschnitt 46. Der nach außen gewandte Abschnitt 45 ist ein Abschnitt der konkaven Kontur 440, der in Richtung zur Kopfkontur 420 vorsteht. Der nach innen gewandte Abschnitt 46 ist ein Abschnitt der konkaven Kontur 440, der konvex zur Mittelachse B der Mittelektrode 4 vorsteht.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die konkave Kontur 440 vier nach außen gewandte Abschnitte 45 sowie vier nach innen gewandte Abschnitte 46. Die konkave Kontur 440 hat eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form um die Mittelachse B. Insbesondere hat die konkave Kontur 440 eine vierfach rotationssymmetrische Form.
Die Kopfkontur 420 hat eine kreisförmige Gestalt mit der Mittelachse B als Mittelpunkt. Die Kopfkontur 420 ist eine Außenumfangskontur der Basisendfläche 43. Wenn jedoch eine kegelstumpfartige Fläche oder eine gebogene Fläche an einem Eckabschnitt zwischen der Außenumfangsseitenfläche 421 und der Basisendfläche 43 des Elektrodenkopfabschnitts 420 in einem axialen Bereich kleiner als die Tiefe des konkaven Abschnitts 44 ist, wird eine Grenzlinie zwischen der kegelstumpfartigen Fläche oder der gebogenen Fläche und der Außenumfangsseitenfläche 421 zur Kopfkontur 420.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die konkave Kontur 440 von der Kopfkontur 420 beabstandet. Das bedeutet, die konkave Kontur 440 ist innerhalb der Kopfkontur 420 ausgebildet, und derart ausgestaltet, um über den gesamten Umfang nicht mit der Kopfkontur 420 zu überlappen. Als Ergebnis befindet sich das Material des Elektrodenkopfs 42 im gesamten Umfang des Außenumfangs des konkaven Abschnitts 44.
Der Abstand zwischen der konkaven Kontur 440 und der Kopfkontur 420 ist 0,1 mm oder mehr. Das bedeutet, wie in 5 gezeigt ist, ist der Abstand d1 0,1 mm oder mehr im Abschnitt der konkaven Kontur 440, der den kürzesten Abstand von der Kopfkontur 420 hat. Das bedeutet, ein Metallmaterial mit einer Wandstärke von 0,1 mm oder mehr liegt über den gesamten Umfang des konkaven Abschnitts 44 vor. Insbesondere ist der Abstand d1 zwischen dem Scheitelabschnitt 459 des nach außen gewandten Abschnitts 45 und der Kopfkontur 420 der konkaven Kontur 440 0,1 mm oder mehr.
Der nach außen gewandte Abschnitt 45 ist in einer gebogenen Form ausgebildet. Die gebogene Linie des nach außen gewandten Abschnitts 45 besteht aus einer Kombination von Kurven mit einem Kurvenradius von 0,1 mm oder mehr. Das bedeutet, der Scheitelabschnitt 459 des nach außen gewandten Abschnitts 45 ist ebenso gebogen, und sein Kurvenradius 0,1 mm oder mehr.
Der nach innen gewandte Abschnitt 46 ist auch in einer gebogenen Form ausgebildet. Der nach außen gewandte Abschnitt 45 und der nach innen gewandte Abschnitt 46 sind nahtlos miteinander verbunden.
Der nach innen gewandte Abschnitt 46 ragt weiter zur Seite der Mittelachse B über eine gerade Linie L1 hinaus, welche die beiden benachbarten nach außen gewandten Abschnitte 45 verbindet. Zudem ragt in der vorliegenden Ausführungsform der nach innen gewandte Abschnitt 46 weiter zur Seite Mittelachse B über eine gerade Linie L2 hinaus, welche die Scheitelabschnitt 459 der beiden benachbarten nach außen gewandten Abschnitte 45 verbindet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der konkave Abschnitt 44 derart ausgestaltet, dass die Umgebung der Mittelachse B zur tiefsten Stelle wird. Der Bodenabschnitt des konkaven Abschnitts 44 hat eine gebogene Form. Die maximale Tiefe des konkaven Abschnitts 44 kann beispielsweise 0,5 bis 1,5 mm sein.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, hat die Mittelelektrode 4 eine im Wesentlichen zylindrische Form, und der vordere Endabschnitt 41 derselben hat einen kleinen Durchmesser. Der vordere Endabschnitt 41 kann aus einer Edelmetallspitze aus einer Iridiumlegierung oder dergleichen bestehen. Ein Sperrabschnitt 49 mit einem großen Durchmesser ist in der Umgebung des Basisendabschnitts der Mittelelektrode 4 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der gesamte Abschnitt des Sperrabschnitts 49 auf der Basisendseite der Elektrodenkopf 42. Der Elektrodenkopf 42 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form.
Die Mittelelektrode 4 hat ein Kernmaterial aus Kupfer oder dergleichen und ein Beschichtungsmaterial, das die vordere Endseite und die Außenumfangsseite derselben abdeckt. Das Beschichtungsmaterial ist beispielsweise eine nickelbasierte Legierung. Obgleich nicht dargestellt, ist das Kernmaterial zu einem Teil an der Basisendfläche 43 freiliegend. Ein konkaver Abschnitt 44 ist in dem freiliegenden Abschnitt des Kernmaterials ausgebildet. Das bedeutet, in der vorliegenden Ausführungsform ist der konkave Abschnitt 44 an der Innenseite des Abschnitts des Beschichtungsmaterials der Basisendfläche 43 ausgebildet.
Wie in 1 gezeigt ist, ist leitendes Glas bzw. eine leitende Glasschmelze 6 in den Isolator 3, der eine im Wesentlichen zylindrische Form hat, an der Basisendseite der Mittelelektrode 4 gefüllt. Im Isolator 3 sind ein Widerstand 11 und ein Stift 12 an der Basisendseite der leitenden Glasschmelze 6 angeordnet. Eine leitende Glasschmelze 60 ist zudem zwischen dem Widerstand 11 und dem Stift 12 angeordnet. Die Mittelelektrode 4 ist mit dem Stift 12 über die leitenden Glasschmelzen 6 und 60 sowie den Widerstand 11 elektrisch verbunden.
Die leitende Glasschmelze 6 ist mit dem Elektrodenkopf 42 der Mittelelektrode 4 verbunden. Das bedeutet, die leitende Glasschmelze 6 steht in engem Kontakt mit der Außenumfangsseitenfläche 421 des Elektrodenkopfs 42, der Basisendfläche 43 sowie der Innenfläche des konkaven Abschnitts 44. Die leitende Glasschmelze 6 besteht beispielsweise aus Glas mit einem Leiter wie Kupfer.
Beim Zusammenbau der Zündkerze 1 wird die Mittelelektrode 4 zunächst in den Isolator 3 eingesetzt. Das bedeutet, die Mittelelektrode 4 wird vom Basisende des Isolators 3 in den Isolator 3 eingesetzt. Dann wird der Sperrabschnitt 49 der Mittelelektrode 4 am Stufenabschnitt 31 des Isolators 3 gesichert. Hierdurch wird die Mittelelektrode 4 an einer vorgegebenen Position des vorderen Endabschnitts des Isolators 3 angeordnet.
Dann wird ein Pulvermaterial, das zu der leitenden Glasschmelze 6 wird, in den Isolator 3 gefüllt und an der Basisendseite der Mittelelektrode 4 angeordnet. Ferner werden das Pulvermaterial des Widerstands 11, das Pulvermaterial der leitenden Glasschmelze 60 und der Stift 12 sequenziell im Isolator 3 angeordnet. Dann wird das in den Isolator 3 gefüllte Pulvermaterial erhitzt und geschmolzen, während der Stift 12 bezüglich des Isolators 3 in Richtung zur vorderen Endseite gedrückt wird. Hiernach wird aus den jeweiligen Pulvermaterialien durch Kühlung die leitende Glasschmelze 6 und 60, sowie der Widerstand 11, und diese sind im Isolator 3 festgelegt. Die leitende Glasschmelze 6 ist am Elektrodenkopf 42 der Mittelelektrode 4 und an den Innenwänden des Widerstands 11 und des Isolators 3 befestigt. Die leitende Glasschmelze 60, die an der Basisendseite des Widerstands 11 angeordnet ist, ist mit den Innenwänden des Widerstands 11, dem Stift 12 und dem Isolator 3 verbunden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellungsprozess gelangt die leitende Glasschmelze 6 zwischen die Außenumfangsseitenfläche 421 des Elektrodenkopfs 42 der Mittelelektrode 4 und die Innenwand des Isolators 3, und gelangt ferner in den konkaven Abschnitt 44. Als Ergebnis verbindet die leitende Glasschmelze 6 den Elektrodenkopf 42 von der Innenfläche des konkaven Abschnitts 44 sowie die Außenumfangsseitenfläche 421 und die Basisendfläche 43 des Elektrodenkopfs 42.
Nachfolgend werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der Zündkerze 1 wird durch das Ausbilden der konkaven Kontur 440 in der in den 4 und 5 gezeigten Form die Haft- bzw. Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode 4 und der leitenden Glasschmelze 6 verbessert.
Zunächst bildet die konkave Kontur 440 eine geschlossene Kurve, die von der Kopfkontur 420 beabstandet ist und die Mittelachse B umgibt. Folglich kann die Festigkeit des Elektrodenkopfs 42 gewährleistet werden. Das bedeutet, die Festigkeit des Elektrodenkopfs 42 kann effektiv durch das Material des Elektrodenkopfs 42 gewährleistet werden, das über den gesamten Umfang des Außenumfangs des konkaven Abschnitts 44 vorliegt. Folglich kann zum Zeitpunkt der Herstellung der Zündkerze 1 oder dergleichen eine Verformung des Elektrodenkopfs 42 verhindert werden, und die Bindefestigkeit bezüglich der leitenden Glasschmelze 6 kann gewährleistet werden.
Zudem kann durch das Festlegen des Abstands d1 zwischen der konkaven Kontur 440 und der Kopfkontur 420 auf 0,1 mm oder mehr die Festigkeit des Elektrodenkopfs 42 erhöht werden.
Die konkave Kontur 440 hat den nach außen gewandten Abschnitt 45 und den nach innen gewandten Abschnitt 46. Durch das Verwenden einer derartigen Form ist es möglich, nicht nur den Kontaktbereich mit der leitenden Glasschmelze 6, die in den konkaven Abschnitt 44 gelangt ist, zu verbessern, sondern auch die Haft- bzw. Bindefestigkeit zwischen der leitenden Glasschmelze 6 und der Mittelelektrode 4 in Rotationsrichtung um die Mittelachse B zu verbessern. Das bedeutet, ein Teil der leitenden Glasschmelze 6, der in den konkaven Abschnitt 44 gelangt ist, welcher der Innenseite des nach außen gewandten Abschnitts 45 der konkaven Kontur 440 entspricht, und ein Abschnitt des Elektrodenkopfs 42, welcher der Außenseite des nach innen gewandten Abschnitts 46 entspricht, stehen miteinander in Umfangsrichtung in Eingriff. Hierdurch kann die Bindefestigkeit zwischen der leitenden Glasschmelze 6 und der Mittelelektrode 4 bezüglich einer Kraft in Rotationsrichtung um die Mittelachse B erhöht werden. Insbesondere nimmt ein Abschnitt an der Außenseite des nach innen gewandten Abschnitts 46 und auf der Seite der Mittelachse B bezüglich der geraden Linie L1 aus 5 die Kraft in Rotationsrichtung ausreichend auf.
Der nach außen gewandte Abschnitt 45 hat eine gebogene Form. Somit kann die Festigkeit der leitenden Glasschmelze 6 im nach außen gewandten Abschnitt 45 leicht gewährleistet werden. Insbesondere ist die gebogene Linie des nach außen gewandten Abschnitts 45 als eine Kombination von Kurven ausgestaltet, die einen Kurvenradius von 0,1 mm oder mehr haben. Als Ergebnis kann die Festigkeit der leitenden Glasschmelze 6 im nach außen gewandten Abschnitt 45 gewährleistet werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen werden, welche die Bindefestigkeit zwischen der Mittelelektrode und der leitenden Glasschmelze verbessern kann.
(Zweite Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich, wie in 6 gezeigt, die Form der konkaven Kontur 440 von derjenigen der ersten Ausführungsform.
Die in 6 gezeigte konkave Kontur 440 hat drei nach außen gewandte Abschnitte 45 und drei nach innen gewandte Abschnitte 46. Die konkave Kontur 440 hat eine dreifach rotationssymmetrische Form.
Der übrige Aufbau ist gleich dem der ersten Ausführungsform, und es werden die gleichen Wirkungen erzielt. Es sei angemerkt, dass, sofern nicht anders angegeben, bei der zweiten Ausführungsform sowie den nachfolgenden Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie jene, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wurden, um gleiche Komponenten und dergleichen wie bei den übrigen Ausführungsformen anzuzeigen.
(Dritte Ausführungsform)
Wie in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform ebenfalls in der Form der konkaven Kontur 440.
Die in 7 gezeigte konkave Kontur 440 hat sechs nach außen gewandte Abschnitte 45 und sechs nach innen gewandte Abschnitte 46. Die konkave Kontur 440 hat eine sechsfach rotationssymmetrische Form. Die konkave Kontur 440, der Scheitelabschnitt 459 des nach außen gewandten Abschnitts 45 und der Scheitelabschnitt 469 des nach innen gewandten Abschnitts 46 sind nicht gebogen ausgeführt. Jedoch können diese Scheitelabschnitte 459 und 469 gebogen ausgeführt sein.
Der übrige Aufbau ist gleich dem der ersten Ausführungsform, und es werden die gleichen Wirkungen erzielt.
(Vierte Ausführungsform)
Wie in 8 gezeigt ist, sind bei der vorliegenden Ausführungsform zwei nach außen gewandte Abschnitte 45 und zwei nach innen gewandte Abschnitte 46 in der konkaven Kontur 440 vorgesehen. Die konkave Kontur 440 hat eine zweifach rotationssymmetrische Form.
Der übrige Aufbau ist gleich dem der ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform erzielt die gleiche Wirkung wie die erste Ausführungsform.
(Erstes experimentelles Beispiel)
Bei dem vorliegenden Beispiel wurde die Bindefestigkeit zwischen dem Elektrodenkopf 42 und der leitenden Glasschmelze 6 für Zündkerzen evaluiert, die in den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben wurden.
Zunächst wurden Proben verschiedener Zündkerzen durch variieren der Formverhältnisse und dergleichen der konkaven Konturen 440 der ersten bis vierten Ausführungsformen basierend auf den jeweiligen Formen derselben hergestellt. Das bedeutet: die grundlegende Form der konkaven Kontur 440 umfasst eine Form mit zwei nach außen gewandten Abschnitten 45 und zwei nach innen gewandten Abschnitten 46 (siehe 8), eine Form mit drei nach außen gewandten Abschnitten 45 und drei nach innen gewandten Abschnitten 46 (siehe 6), eine Form mit vier nach außen gewandten Abschnitten 45 und vier nach innen gewandten Abschnitten 46 (siehe 5), sowie eine Form mit sechs nach außen gewandten Abschnitten 45 und sechs nach innen gewandten Abschnitten 46 (siehe 7). Diese Formen werden verallgemeinernd als konkave Kontur definiert, bei welcher die Zahl der nach außen gewandten Abschnitte 45 und die Zahl der nach innen gewandten Abschnitte 46 N ist, wie nachstehend beschrieben.
Das bedeutet, die konkave Kontur 440 umfasst N nach außen gewandte Abschnitte 45 und N nach innen gewandte Abschnitte 46, die alternierend in Umfangsrichtung angeordnet sind. Der erste nach außen gewandte Abschnitt 45 bis zum Nten nach außen gewandten Abschnitt 45 sind sequenziell in Umfangsrichtung angeordnet, und der erste nach innen gewandte Abschnitt 46 bis zum Nten nach innen gewandten Abschnitt 46 sind sequenziell in Umfangsrichtung angeordnet. Der kte nach außen gewandte Abschnitt 45 und der kte nach innen gewandte Abschnitt 46 sind benachbart zueinander. Es sei angenommen, dass Rk der Radius des umschriebenen Kreises bzw. Umkreises C1 des kten nach außen gewandten Abschnitts 45 mit der Mittelachse B als Mittelpunkt ist. Es sei ferner angenommen, dass rk der Radius des einbeschriebenen Kreises bzw. Inkreises C2 des kten nach innen gewandten Abschnitts 46 mit der Mittelachse B als Mittelpunkt ist. Hierbei ist N eine natürliche Zahl von 2 oder mehr und k ist eine natürliche Zahle von 1 bis N.
In den 5 bis 8 sind ein Umkreis C1 und ein Inkreis C2 durch gestrichelte Linien dargestellt, und die Radien Rk und rk sind notiert. Da die konkaven Konturen 440 in den 5 bis 8 eine rotationssymmetrische Form haben, sind Rk und rk unabhängig von k konstant. Daher überlappen die Umkreise C1 und die Inkreise C2 einander jeweils. Da die tatsächlcihe Probe jedoch keine perfekt rotationssymmetrische Form hat, sind Rk und rk abhängig von k leicht verändert.
Für jede der vorstehend beschriebenen grundlegenden Formen wurde eine Probe mit einer konkaven Kontur 440, bei welcher Rk und rk verschiedentlich verändert wurden, hergestellt. Diese Proben wurden hinsichtlich ihrer Schlagbiegefestigkeit, wie in der JIS B 8031 festgelegt, getestet. Bei der Evaluierung wurde die Änderungsrate des Widerstands vor und nach dem Schlagbiegefestigkeitstest geprüft. Die Änderungsrate des Widerstands ist dabei die Änderungsrate des Widerstands zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Stift 12. Wenn die Änderungsrate des Widerstands 10% oder weniger ist, wurde die Bindefestigkeit zwischen dem Elektrodenkopf 42 und der leitenden Glasschmelze 6 als ausreichend evaluiert.
Nach der Analyse der Messergebnisse wurde die Änderungsrate des Widerstands auf der vertikalen Achse abgebildet, und der Parameter X1 wurde auf der horizontalen Achse abgebildet, wobei die Messdaten in 9 abgebildet sind. Der Parameter X1 wird durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt, und ist ein Parameter, welcher der linken Seite des später beschriebenen Ausdrucks (1) entspricht.
[Ausdruck 1] $\sum_{k = 1}^{N} \frac{R k - r k}{R k} \times N^{0,9} \geq A$
In 9 sind die Daten der Proben mit der gleichen Zahl N durch verschiedene gebogene Linien verbunden. Wie aus der Figur gesehen werden kann, nimmt die Änderungsrate des Widerstands zu, wenn X1 = 0 annähernd für jede gebogene Linie erfüllt ist. Dies zeigt, dass, wenn die Welligkeit der konkaven Kontur 440 zu gering ist, die Bindefestigkeit zwischen dem Elektrodenkopf 42 und der leitenden Glasschmelze 6 abnimmt.
Für die Daten N = 3, N = 4 und N = 6 wird durch Festlegen des Parameters X1 auf 4,1 oder mehr die Änderungsrate des Widerstands 10% oder weniger. Dagegen wird für die Daten N = 2 durch Festlegen des Parameters X1 auf 1,0 oder mehr die Änderungsrate des Widerstands 10% oder weniger. Anhand dieser Ergebnisse kann gesagt werden, dass der Parameter X1 als geeigneter Index zum Anzeigen eines Grades verwendet werden kann, um welchen die Welligkeit der konkaven Kontur 440 nicht zu gering ist.
Hierbei kann gesagt werden, dass die Form der konkaven Kontur 440 vorzugsweise derart ist, dass ein Ungleichgewicht beziehungsweise die Ungleichung des folgenden Ausdrucks (1) erfüllt ist. Wobei A = 1,0 wenn N = 2 und A = 4,1 wenn N ≥ 3 dann:
[Ausdruck 2] $\sum_{k = 1}^{N} \frac{R k - r k}{R k} \times N^{0.9} \geq A$
Nachdem das Ergebnis der Änderungsrate des Widerstands bei dem vorstehend genannten Schlagbiegefestigkeitstest analysiert wurde, wurden die Messdaten wie in 10 gezeigt abgebildet, wobei die vertikale Achse die Änderungsrate des Widerstands und die horizontale Achse den Parameter X2 zeigt. Der Parameter X2 wird hierbei durch den folgenden Ausdruck (4) dargestellt, und ist ein Parameter, der der linken Seite des später beschriebenen Ausdrucks (2) entspricht. $X2 = (Rj - rj) / Rj$
Hierbei ist bei zumindest einem Paar von nach außen gewandtem Abschnitt 45 und nach innen gewandtem Abschnitt 46, die benachbart zueinander sind, der Radius des Umkreises C1 des nach außen gewandten Abschnitts 45 Rj, und der Radius des Inkreises C2 des nach innen gewandten Abschnitts 46 ist rj. Bei den in 10 dargestellten Daten wird jedoch eine Kombination von nach außen gewandtem Abschnitt 45 und nach innen gewandtem Abschnitt 46, die zueinander benachbart sind, gewählt, so dass X2 am kleinsten wird, und die Werte von X2 wenn die Radien derselben Rj und rj sind, werden verwendet.
Zudem sind auch in 10 die Daten der Proben mit der gleichen Zahl N durch verschiedene gebogene Linien verbunden. Wie aus der Figur ersichtlich ist, gilt für jede gebogene Linie, wenn der Parameter X2 zu groß wird, dass die Änderungsrate des Widerstands groß wird. Es wird berücksichtigt, dass dies daran liegt, dass wenn die Welligkeit der konkaven Kontur 440 über den Gesamtumfang zu ausgeprägt wird, die leitende Glasschmelze 6 nicht ausreichend in den konkaven Abschnitt 44 gelangen kann.
Unabhängig vom Wert der Zahl N kann somit durch das Einstellen des Parameters X2 auf 0,87 oder weniger die Änderungsrate des Widerstands auf 10% oder weniger gehalten werden. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, dass der Parameter X2 als geeigneter Index dafür verwendet werden kann, bis zu welchem Grad die Welligkeit der konkaven Kontur 440 nicht zu ausgeprägt ist.
Es ist ferner bevorzugt, dass zumindest ein Paar von nach außen gewandtem Abschnitt 45 und nach innen gewandtem Abschnitt 46, die zueinander benachbart sind, den folgenden Ausdruck (2) als konkave Kontur 440 erfüllt. Jedoch ist der Radius des Umkreises C1 des nach außen gewandten Abschnitts 45 als Rj definiert, und der Radius des Inkreises C2 des nach innen gewandten Abschnitts 46 ist als rj definiert. $(Rj - rj) / Rj \leq 0.87$
(Zweites experimentelles Beispiel)
Bei diesem Beispiel wurde, wie in 11 gezeigt, die Beziehung zwischen dem Abstand d1 zwischen der konkaven Kontur 440 und der Kopfkontur 420 sowie der Festigkeit des Elektrodenkopfs 42 geprüft.
Das bedeutet, eine FEM-Analyse wurde ausgehend von der Annahme einer Druckkraft durchgeführt, die auf den Elektrodenkopf 42 der Mittelelektrode 4 aufgebracht wird, wenn die Zündkerze 1 hergestellt wird. FEM ist hierbei eine Abkürzung für Finite Elemente Methode und FEM bedeutet Finite Elemente Methode. Als Beispiel wurde eine Mehrzahl von Proben vorbereitet, bei welchen die konkave Kontur 440 im Elektrodenkopf 42 der ersten Ausführungsform Stück für Stück verändert wurde, während die konkave Kontur 440 als Grundform festgelegt war. Die konkaven Konturen 440 der Proben verändern den Abstand d1 voneinander.
Für jede dieser Proben wurde eine FEM-Analyse ausgehend von der vorstehend beschriebenen Annahme ausgeführt. Für jede diese Probe war der am meisten belastete Abschnitt des Elektrodenkopfs 42 ein Abschnitt zwischen dem Scheitelabschnitt 459 des nach außen gewandten Abschnitts 45 und der Kopfkontur 420. Ein Wert, der durch das Verhältnis der Spannung bzw. Belastung am Spannungs- bzw. Belastungskonzentrationsabschnitt zur Materialfestigkeit ausgedrückt wird, wurde als Spannungsverhältnis berechnet. Das Spannungsverhältnis jeder der Proben ist in 11 abgebildet. In der Figur zeigt die vertikale Achse das Spannungsverhältnis und die horizontale Achse zeigt den Abstand d1. Das Material des Belastungskonzentrationsabschnitts des Elektrodenkopfs 42 ist eine nickelbasierte Legierung.
Wie aus der Figur ersichtlich ist, kann durch Einstellen von d1 ≥ 0,1 mm das Spannungsverhältnis auf 1,0 oder weniger eingestellt werden. Das bedeutet, durch das Einstellen von d1 ≥ 0,1 mm kann verhindert werden, dass die bei der Herstellung auf den Elektrodenkopf 42 der Zündkerze 1 wirkende Belastung die Materialfestigkeit übersteigt. Das bedeutet, durch Sicherstellen von d1 ≥ 0,1 mm kann eine Verformung des Elektrodenkopfs 42 zum Zeitpunkt der Herstellung der Zündkerze 1 verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde entsprechend den Ausführungsformen beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und deren Strukturen beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst verschiedene äquivalente Abwandlungen und Modifikationen. Zudem fallen verschiedene Kombinationen und Ausgestaltungen sowie Kombinationen und Ausgestaltungen mit nur einem Element, mehr Elementen oder weniger Elemente in den Umfang und die Idee der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise ist, obgleich bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die konkave Kontur 440 eine rotationssymmetrische Form hat, die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Wie beispielsweise in den 12, 13 und 14 gezeigt ist, kann die konkave Kontur 440 eine nicht-rotationssymmetrische Form um die Mittelachse B haben. In diesem Fall können die Radien Rk, rk abhängig von k deutlich variieren. Es existiert auch eine Mehrzahl von umschriebenen Kreisen bzw. Umkreisen (EN: circumscribed circles) C1 sowie von einbeschriebenen Kreisen bzw. Inkreisen (EN: inscribed circles) C2. In 12 sind diese Umkreise C1 mit gestrichelten Linien C11, C12 und C13 bezeichnet, und die Inkreise C2 sind mit gestrichelten Linien C21, C22 und C23 bezeichnet. Die Radien Rk und rk sind jeweils als R1, R2 und R3 sowie r1, r2 und r3 bezeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016069258 [0001]
JP H08315954 A [0005]

Claims

Zündkerze (1) für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: ein zylindrisches Gehäuse (2); einen zylindrischen Isolator (3), der im Gehäuse gehalten ist; eine Mittelelektrode (4), die im Isolator gehalten ist, so dass ein vorderes Ende hervorsteht; eine Masseelektrode (5), die einen Funkenentladungsspalt (G) zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode (5) bildet; und eine leitende Glasschmelze (6), die in den Isolator gefüllt ist, so dass sie sich an einer Basisendseite der Mittelelektrode befindet, wobei die Mittelelektrode (4) einen Sperrabschnitt (49) hat, der von der Basisendseite zu einem Stufenabschnitt (31) gesichert ist, der an einer Innenumfangsfläche des Isolators ausgebildet ist, sowie ein Elektrodenkopf (42), der sich näher an der Basisendseite als der Sperrabschnitt befindet; der Elektrodenkopf eine Basisendfläche (43) hat, an welcher ein konkaver Abschnitt (44) teilweise ausgebildet ist; und wobei eine konkave Kontur (440), die eine Außenumfangskontur des konkaven Abschnitts (44) bei Betrachtung in axiale Richtung der Kerze darstellt, eine geschlossene Kurve bildet, die von einer Kopfkontur (420) beabstandet ist, die eine Außenumfangskontur der Basisendfläche des Elektrodenkopfs darstellt, und eine Mittelachse (B) der Mittelelektrode (4) umgibt, und die konkave Kontur einen nach außen gewandten Abschnitt (45) hat, der zur Kopfkontur ragt, sowie einen nach innen gewandten Abschnitt (46), der zur Mittelachse der Mittelelektrode ragt.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Abstand (d1) zwischen der konkaven Kontur und der Kopfkontur 0,1 Millimeter oder mehr ist.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nach außen gewandte Abschnitt eine gebogene Form hat.
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gebogene Linie des nach außen gewandten Abschnitts aus einer Kombination gebogener Linien besteht, die einen Krümmungsradius von 0,1 Millimeter oder mehr haben.
Zündkerze für Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die konkave Kontur N nach außen gewandte Abschnitte sowie N nach innen gewandte Abschnitte umfasst, die alternierend in Umfangsrichtung angeordnet sind, ein erster nach außen gewandter Abschnitt bis zu einem Nten nach außen gewandten Abschnitt sequenziell in Umfangsrichtung angeordnet sind, sowie ein erster nach innen gewandter Abschnitt bis zu einem Nten nach innen gewandten Abschnitt sequenziell in Umfangsrichtung angeordnet sind, ein kter nach außen gewandter Abschnitt sowie ein kter nach innen gewandter Abschnitt angrenzend aneinander angeordnet sind, und, wenn Rk ein Radius eines Umkreises (C1) des kten nach außen gewandten Abschnitts mit dem Mittelpunkt auf der Mittelachse ist, und rk ein Radius eines Inkreises (C2) des kten nach innen gewandten Abschnitts mit dem Mittelpunkt auf der Mittelachse B ist, der folgende Ausdruck 1 erfüllt ist, wobei N eine natürliche Zahl von 2 oder mehr ist, k eine natürliche Zahl von 1 bis N ist, A = 1,0 ist, wenn gilt N = 2 und A = 4,1 ist, wenn gilt N ≥ 3: $\sum_{k = 1}^{N} \frac{R k - r k}{R k} \times N^{0,9} \geq A$
Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, wobei zumindest bei einem Paar von nach außen gewandtem Abschnitt und nach innen gewandtem Abschnitt, die zueinander benachbart sind, ein folgender Ausdruck (2) erfüllt ist, wenn der Radius des Umkreises des nach außen gewandten Abschnitts Rj ist und der Radius des Inkreises des nach innen gewandten Abschnitts rj ist: $(Rj - rj) / Rj \leq 0,87$