DE112019001880T5

DE112019001880T5 - Zündkerze

Info

Publication number: DE112019001880T5
Application number: DE112019001880.9T
Authority: DE
Inventors: Kei Takahashi; Daisuke Kasahara
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-12-31
Also published as: US11128109B2; CN111492547A; WO2019198295A1; US20200287359A1; CN111492547B; JP6510703B1; JP2019186050A

Abstract

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, die es nicht nur ermöglicht, eine Anfangsflamme leichter zu erzeugen, sondern auch, die Flamme leichter wachsen zu lassen. Die Zündkerze ist versehen mit: einer Mittelelektrode, die sich entlang einer Achse von einer Spitzenendseite zu einer hinteren Endseite erstreckt; einem Isolator mit einem zylindrischen Spitzenendteil mit Boden, der mindestens die Spitze der Mittelelektrode umgibt; und einer zylindrischen Hauptmetallhülle zum Halten des Isolators in einem Zustand, in dem er von einem Spitzenendabschnitt desselben zur Spitzenendseite hin vorsteht. Die Zündkerze ist mit mehreren Masseelektroden versehen, die am anderen Ende mit dem Spitzenendabschnitt der Hauptmetallhülle verbunden sind und die mit dem Spitzenendabschnitt des Isolators an dem einen Ende Entladungsspalte bilden, und die mehreren Masseelektroden umfassen Masseelektroden mit unterschiedlichen Entladungsspaltlängen.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze, insbesondere auf eine Zündkerze mit Barriereentladung.
Technischer Hintergrund
Das Patentdokument offenbart Stand der Technik für eine Zündkerze, die eine Barriereentladung verwendet, bei der eine rohrförmige Metallhülle mit einem rohrförmigen vorderen Ende (nämlich einem Metallrohr), das als Elektrode dient, radial außerhalb eines Isolators angeordnet ist, der ein vorderes Ende aufweist, das als ein mit einem Boden versehenes Rohr ausgebildet ist, das eine zentrale Elektrode umgibt, so dass das Metallrohr der Metallhülle dem vorderen Ende des Isolators mit einem Zwischenraum dazwischen gegenüberliegt. Der Stand der Technik gemäß Patentdokument 1 enthält, das Anordnen einer Mittelachse des Metallrohrs und einer Mittelachse des vorderen Endes des Isolators parallel zueinander und im Abstand voneinander, um zwischen dem Metallrohr und dem Frontende des Isolators ein elektrisches Feld zu erzeugen, dessen Intensität in Umfangsrichtung inhomogen ist. Dies dient der Aktivierung des Plasmas an einer Stelle, an der das elektrische Feld intensiv ist, und erleichtert die Erzeugung der Anfangsflamme.
Dokument(e) zum Stand der Technik
Patent-Dokument(e)
Patentdokument 1: JP 2017-152143 A
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende(s) Problem(e)
Nach dem oben beschriebenen konventionellen Stand der Technik umschließt jedoch das Metallrohr der Metallhülle das vordere Ende des Isolators auf seinem ganzen Umfang. Dies kann zu dem Problem führen, dass die Anfangsflamme aufgrund des Flammenlöscheffekts verschwindet, bei dem das Metallrohr der zwischen dem Metallrohr und dem vorderen Ende des Isolators erzeugten Anfangsflamme Energie entzieht, oder zu dem Problem, dass das Metallrohr das Wachstum der Flamme stört.
Um die Probleme zu lösen, ist es wünschenswert, eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, die so strukturiert ist, dass die Erzeugung der Anfangsflamme und das Wachstum der Flamme nach der vorliegenden Erfindung erleichtert wird.
Mittel zur Lösung des Problems/der Probleme
In Anbetracht des Vorstehenden ist nach der vorliegenden Erfindung eine Zündkerze, angegeben, enthaltend: eine Mittelelektrode, die sich entlang einer Achse von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite erstreckt; einen Isolator mit einem vorderen Endabschnitt, der als ein mit einem Boden versehenes Rohr ausgebildet ist, das eine Spitze der Mittelelektrode umgibt; eine Metallhülle, die röhrenförmig geformt ist und so strukturiert ist, dass sie den Isolator trägt, so dass der vordere Endabschnitt des Isolators von einem vorderen Endabschnitt der Metallhülle zur vorderen Endseite vorsteht; und eine Mehrzahl von Masseelektroden, von denen jede ein erstes Ende aufweist, das einen Entladungsspalt mit dem vorderen Endabschnitt des Isolators bildet, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem vorderen Endabschnitt der Metallhülle verbunden ist, wobei die Mehrzahl von Masseelektroden ein Paar von Masseelektroden einschließt, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden.
Effekt(e) der Erfindung
Gemäß der Zündkerze nach Anspruch 1 umfasst jede der Mehrzahl an Masseelektroden das erste Ende, das mit dem vorderen Endabschnitt der Metallhülle verbunden ist, und das zweite Ende, das den Entladungsspalt mit dem vorderen Endabschnitt des Isolators bildet. Eine auf diese Weise konfigurierte Zündkerze bildet einen Spalt zwischen zwei benachbarten Masseelektroden und dient dadurch dazu, die flammenlöschende Wirkung der Masseelektroden zu verringern und die Erzeugung einer Anfangsflamme zu erleichtern und das Wachstum der Flamme zu fördern.
Die Mehrzahl der Masseelektroden umfasst das Paar von Masseelektroden, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden. Dementsprechend erlaubt wenn es z.B. schwierig ist, eine Entladung aufgrund eines hohen Drucks in einer Brennkammer zu induzieren, ein kleinerer der Entladungsspalte die Induktion der Entladung darin. Dies dient der Erleichterung der Erzeugung einer Anfangsflamme. Wenn es andererseits leicht ist, eine Entladung aufgrund eines niedrigen Drucks in der Brennkammer zu induzieren, ermöglicht ein größerer Entladungsspalt die Induktion von Entladung in der Brennkammer. Dies dient dazu, das Wachstum der Flamme zu erleichtern. So weist die Zündkerze die Entladungsspalte entsprechend einem Druckzustand in der Brennkammer ein. Dies dient der gleichzeitigen Stabilisierung der Entstehung der Anfangsflamme und der Verbesserung des Zündverhaltens.
Gemäß der Zündkerze nach Anspruch 2 unterscheiden sich die Masseelektrodenpaare der Mehrzahl der Masseelektroden in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander. Dies dient dazu, die Induktion der Entladung in einer der Entladungsspalte unabhängig vom Druck in der Brennkammer zu erleichtern. Wenn andererseits die Mehrzahl der Masseelektroden ein Paar Masseelektroden enthält, die in der Größe ihrer Entladungsspalte gleich groß sind, trägt ein solches Masseelektrodenpaar nicht zur Verbesserung der Zündleistung bei und nimmt der Flamme Energie weg, was zu einer Zunahme der Verluste führen kann. Somit dient die Zündkerze nach Anspruch 2 dazu, den durch die Masseelektroden verursachten Energieverlust zu verringern und gleichzeitig die Zündleistung zu verbessern, zusätzlich zu den Effekten, die durch die Zündkerze nach Anspruch 1 verursacht werden.
Gemäß der Zündkerze nach Anspruch 3 unterscheiden sich die beiden Masseelektroden, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden, in der Position ihrer ersten Enden in Richtung der Achse. Für den Fall, dass ein Paar der ersten Enden so angeordnet ist, dass sie in Achsrichtung die gleiche Position haben und sich voneinander in der Größe der Entladungsspalte unterscheiden, die jeweils zwischen dem entsprechenden ersten Ende und dem vorderen Endabschnitt des Isolators gebildet werden, wird die Entladung tendenziell häufiger in einer kleineren der Entladungsspalte induziert. Um dies zu vermeiden, wird die Entladungsinduktion nicht nur in einer kleineren der Entladungsspalte, sondern auch in einer größeren der Entladungsspalte erleichtert, indem das Paar von Masseelektroden, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden, so angeordnet wird, dass sich ihre ersten Enden in Richtung der Achse voneinander unterscheiden. Dies dient der weiteren Erleichterung des Flammenwachstums, zusätzlich zu den Wirkungen durch die Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2.
Gemäß der in Anspruch 4 beanspruchten Zündkerze umfassen die Entladungsspalte ein Paar Entladungsspalte, die so geformt sind, dass eine vordere Seite des Paars der Entladungsspalte größer ist als eine hintere Seite des Paars der Entladungsspalte. Dies dient dazu, das Flammenwachstum mehr in dem vorderendseitigen Entladungsspalt als in dem hinterendseitigen Entladungsspalt zu erleichtern, wobei die vorderendseitige Entladungsspalt näher an der Mitte der Brennkammer liegt als die hinterendseitige Entladungsspalt. Dies dient dazu, die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer aufgrund des erleichterten Flammenwachstums zu erleichtern, zusätzlich zu den Effekten aufgrund der Zündkerze nach Anspruch 3.
Gemäß der in Anspruch 5 beanspruchten Zündkerze umfassen die Entladungsspalte ein Paar Entladungsspalte, die so geformt sind, dass ein vorderseitiges des Paares von Entladungsspalten kleiner ist als ein hinterendseitiges des Paares von Entladungsspalten. Dies dient dazu, die Erzeugung der Anfangsflamme eher in dem vorderendseitigen Entladungsspalt als in dem hinterendseitigen Entladungsspalt zu erleichtern, wobei der vorderendseitige Entladungsspalt näher an der Mitte der Brennkammer liegt als der hinterendseitige Entladungsspalt. Dies dient dazu, die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer aufgrund der erleichterten Erzeugung der Anfangsflamme zu erleichtern, zusätzlich zu den Effekten aufgrund der Zündkerze nach Anspruch 3.
Gemäß der Zündkerze nach Anspruch 6 ist das Paar der Masseelektroden, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden, so angeordnet, dass die ersten Enden des Paares der Masseelektroden einen Winkel von 80° oder mehr um die Achse voneinander entfernt sind. Dies dient der Erleichterung der Entladungsinduktion nicht nur in einem kleineren, sondern auch in einem größeren der Entladungsspalte. Dies dient der Erleichterung des Flammenwachstums aufgrund der Entladung in der größeren der Entladungsspalte, zusätzlich zu den Auswirkungen aufgrund der Zündkerze, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht.
Gemäß der Zündkerze nach Anspruch 7 besteht die Mehrzahl der Masseelektroden aus zwei Elektroden. Dadurch wird der Energieverlust aufgrund der Masseelektroden maximal reduziert und gleichzeitig die Zündleistung verbessert, zusätzlich zu den Auswirkungen aufgrund der Zündkerze nach den Ansprüchen 1 bis 6.
Figurenliste

1 ist ein Halbschnitt einer Zündkerze nach einer ersten Ausführungsform.
2A ist ein Diagramm, das die Beziehung einer Anzahl von Entladungen zu einem Abstand zwischen den Masseelektroden in Richtung einer Achse zeigt.
2B ist ein Diagramm, das die Beziehung einer Anzahl von Entladungen zu einem Winkel zwischen den Masseelektroden zeigt, der um die Achse gemessen wird.
3A ist eine Seitenansicht einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform.
3B ist eine Seitenansicht der Zündkerze in Richtung eines Pfeils Illb, der in 3A dargestellt ist.
4A ist eine Seitenansicht einer Zündkerze gemäß einer dritten Ausführungsform.
4B ist eine Seitenansicht der Zündkerze, gesehen in Richtung eines Pfeils IVb gemäß 4A.

Modus(en) für die Durchführung der Erfindung
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Halbschnitt einer Zündkerze 10 gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die Zündkerze 10 eine Achse O aufweist, die als Begrenzung des Halbschnitts dient. In 1 wird eine untere Seite in der Zeichnung als vordere Endseite der Zündkerze 10 und eine obere Seite in der Zeichnung als hintere Endseite der Zündkerze 10 bezeichnet. Dies gilt auch für 3A, 3B, 4A und 4B. Wie in 1 dargestellt, enthält die Zündkerze 10 einen Isolator 11, eine Mittelelektrode 20, eine Metallhülle 30 und Masseelektroden 40.
Der Isolator 11 ist ein röhrenförmiges Element mit Boden aus Aluminiumoxid mit ausreichender Isolationsleistung und ausreichenden mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Der Isolator 11 enthält ein Loch 12, das sich entlang der Achse O erstreckt und einen kreisförmigen Querschnitt hat. Das Loch 12 ist an einem hinteren Ende des Isolators 11 offen und an einem vorderen Ende des Isolators 11 geschlossen. Der Isolator 11 weist an seinem Innenumfang eine nach hinten gerichtete Fläche 13 auf, die in einem vorderen Endabschnitt des Lochs 12 angeordnet und über dessen gesamten Umfang ausgebildet ist. Die nach hinten gerichtete Fläche 13 ist so strukturiert, dass sie mit einem rückseitigen Abschnitt der Mittelelektrode 20 in Eingriff kommt, um diese zu halten.
Die Mittelelektrode 20 ist eine zylindrische Elektrode aus leitfähigem Metall wie einer Legierung auf Nickelbasis, die sich entlang der Achse O in dem Loch 12 erstreckt. Die Zündkerze 10 enthält ferner einen Metallanschluss 22, der ein Stabelement ist, das so strukturiert ist, dass es eine Wechselspannung oder eine Impulsspannung empfängt und aus leitfähigem Metall wie kohlenstoffarmem Stahl hergestellt ist. Der Metallanschluss 22 ist am hinteren Ende des Isolators 11 so befestigt, dass ein vorderendseitiger Abschnitt des Metallanschlusses 22 im Loch 12 angeordnet ist und über ein Verbindungsteil 23 aus einem Material wie z.B. leitfähigem Glas elektrisch mit der Mittelelektrode 20 verbunden ist.
Der Isolator 11 umfasst einen vorderen Endabschnitt 14, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 15, einen Abschnitt mit großem Durchmesser 16, einen hinteren Endabschnitt 17 und einen Überhang 18. Der vordere Endabschnitt 14 ist als ein Rohr mit Boden ausgebildet, das eine Spitze 21 der Mittelelektrode 20 umgibt. Der Abschnitt 15 mit kleinem Durchmesser ist rohrförmig und von der hinteren Endseite her an den vorderen Endabschnitt 14 angrenzend angeordnet. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 16 ist rohrförmig und von der hinteren Endseite her an den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 15 angrenzend angeordnet. Der hintere Endabschnitt 17 ist rohrförmig und von der hinteren Endseite her an den Abschnitt mit großem Durchmesser 16 angrenzend angeordnet. Der Überhang 18 ist zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 16 und dem hinteren Endabschnitt 17 über dessen gesamten Umfang gebildet, so dass er von den Außenumfängen des Abschnitts mit großem Durchmesser 16 und des hinteren Endabschnitts 17 radial nach außen überhängt.
Der vordere Endabschnitt 14 umgibt einen vorderendseitigen Abschnitt der Mittelektrode 20 und ist an einer Spitze 14a davon geschlossen und entsprechend der vorliegenden Ausführungsform als zylindrisches Rohr mit konstantem Außendurchmesser über seine gesamte Länge in Richtung der Achse O geformt. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 15 umgibt einen zentralen Abschnitt der Mittelelektrode 20 und ist so geformt, dass er ein zylindrisches Rohr mit konstantem Außendurchmesser über seine gesamte Länge in Richtung der Achse O ist, entsprechend der vorliegenden Ausführungsform. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 15 ist im Außendurchmesser größer als der vordere Endabschnitt 14. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 16 umschließt einen hinteren Endabschnitt der Mittelelektrode 20 und hat die Form eines zylindrischen Rohres mit konstantem Außendurchmesser über seine ganze Länge in Richtung der Achse O, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 16 ist im Außendurchmesser größer als der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 15.
Die Metallhülle 30 ist ein im wesentlichen zylindrisches rohrförmiges Element aus leitfähigem Metall, wie z.B. kohlenstoffarmem Stahl. Die Metallhülle 30 enthält: einen vorderen Endabschnitt 31, der den Isolator 11 in einem Bereich von dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 15 bis zu einem Teil des Abschnitts mit großem Durchmesser 16 umgibt; einen Sitzabschnitt 32, der von der hinteren Endseite her an den vorderen Endabschnitt 31 angrenzend angeordnet ist; einen Verbindungsabschnitt 33, der von der hinteren Endseite her an den Sitzabschnitt 32 angrenzend angeordnet ist; einen Werkzeugeingriffsabschnitt 34, der von der hinteren Endseite her an den Verbindungsabschnitt 33 angrenzend angeordnet ist; und einen hinteren Endabschnitt 35, der von der hinteren Endseite her an den Werkzeugeingriffsabschnitt 34 angrenzend angeordnet ist.
Der vordere Endabschnitt 31 enthält an seinem Außenumfang ein Außengewinde 36, das so strukturiert ist, dass es in ein Gewindeloch eines nicht abgebildeten Motors eingeschraubt werden kann, und enthält an seinem Innenumfang eine nach hinten gerichtete Fläche 37, die über den gesamten Umfang des Abschnitts ausgebildet ist. Die nach hinten gerichtete Fläche 37 des vorderen Endabschnitts 31 ist in Bezug auf den Abschnitt mit großem Durchmesser 16 des Isolators 11 nach vorne gerichtet. Der Sitzabschnitt 32 ist so strukturiert, dass er einen Spalt zwischen dem Gewindeloch des Motors und dem Außengewinde 36 schließt, und ist im Außendurchmesser größer als der vordere Endabschnitt 31 ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 33 ist ein Abschnitt, der plastisch verformt wird, um beim Einbau der Metallhülle 30 in den Isolator 11 gebogen zu werden. Der Werkzeugeingriffsabschnitt 34 ist ein Abschnitt, mit dem ein Werkzeug, z.B. ein Schraubenschlüssel, beim Einschrauben des Außengewindes 36 in das Gewindeloch des Motors eingreift. Der hintere Endabschnitt 35 ist radial nach innen gebogen und in Bezug auf den Überhang 18 des Isolators 11 nach hinten positioniert.
Zwischen dem hinteren Endabschnitt 35 und dem Überhang 18 ist eine mit Puder wie Talkum gefüllte Dichtung 38 über den gesamten Umfang eines äußeren Umfangs des hinteren Endabschnitts 17 des Isolators 11 gebildet. Über die Dichtung 38 übt ein Abschnitt der Metallhülle 30 von der nach hinten gerichteten Fläche 37 bis zum hinteren Endabschnitt 35 eine Druckbelastung in Richtung der Achse O auf einen Abschnitt des Isolators 11 vom Abschnitt mit großem Durchmesser 16 bis zum Überhang 18 aus. Somit stützt die Metallhülle 30 den Isolator 11 ab. Die nach hinten gerichtete Fläche 37 des Innenumfangs der Metallhülle 30 hält den Abschnitt mit großem Durchmesser 16 des Isolators 11 von der vorderen Endseite her fest, und der vordere Endabschnitt 14 und ein Teil des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 15 des Isolators 11 ragen vom vorderen Endabschnitt 31 der Metallhülle 30 zur vorderen Endseite.
Die Masseelektroden 40 sind Stabelemente aus Metall wie einer Legierung auf Nickelbasis, die mit dem vorderen Endabschnitt 31 der Metallhülle 30 verbunden sind. Nach der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Masseelektroden 40 aus einer ersten Elektrode 41 und einer zweiten Elektrode 42, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt haben und sich in Richtung der Achse O erstrecken.
Die erste Elektrode 41 umfasst ein erstes Ende 43 und ein zweites Ende 44, wobei das erste Ende 43 in Bezug auf das zweite Ende 44, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne positioniert ist. Nach der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Elektrode 41 mit Ausnahme des ersten Endes 43 parallel zur Achse O angeordnet. Das erste Ende 43 ist zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen und hat einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 als die anderen Teile der ersten Elektrode 41. Das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 und der vordere Endabschnitt 14 des Isolators 11 bilden dazwischen einen Entladungsspalt 45.
Die zweite Elektrode 42 umfasst ein erstes Ende 46 und ein zweites Ende 47, wobei das erste Ende 46 in Bezug auf das zweite Ende 47, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne positioniert ist. Nach der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Elektrode 42 parallel zur Achse O angeordnet, mit Ausnahme des ersten Endes 46. Das erste Ende 46 ist zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen und hat einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 als die anderen Teile der zweiten Elektrode 42. Das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 und der vordere Endabschnitt 14 des Isolators 11 bilden dazwischen einen Entladungsspalt 45.
Das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 und das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 sind 180° voneinander entfernt im Winkel gemessen um die Achse O positioniert. Das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 ist in Bezug auf das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 vor diesem positioniert. Der mit der zweiten Elektrode 42 gebildete Entladungsspalt 48 ist größer als der mit der ersten Elektrode 41 gebildete Entladungsspalt 45, wobei die Größe des Entladungsspalts 45 oder 48 den kürzesten Abstand vom vorderen Endabschnitt 14 zum ersten Ende 43 bzw. 46 bedeutet.
Als Reaktion auf das Anlegen einer Wechselspannung oder einer Impulsspannung zwischen dem Metallanschluss 22 und der Metallhülse 30 der am Motor montierten Zündkerze 10, welcher nicht abgebildet ist, wird zwischen dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 und den Masseelektroden 40 ein Nichtgleichgewichtsplasma (Streamer Entladung) erzeugt. Das Nichtgleichgewichtsplasma bewirkt nur eine geringe Umwandlung in thermische Energie und verursacht daher nur eine geringe Temperaturerhöhung des brennbaren Luft-KraftstoffGemisches in einer nicht gezeigten Brennkammer, erzeugt aber Elektronen mit hoher Energie. Die Kollision zwischen den hochenergetischen Elektronen erzeugt Radikale von O, N, OH usw. in großen Mengen. Dann führt der Temperaturanstieg aufgrund der exothermen Reaktion und der Kettenreaktion der Radikale zu einer Entzündung und erzeugt eine Anfangsflamme in einem Reaktionsbereich mit einem bestimmten Volumen, das die Entladungsspalte 45 und 48 einschließt. Die Anfangsflamme wächst, um das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Verbrennung zu führen.
Die Entladungsspalte 45 und 48 der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 der Masseelektroden 40 unterscheiden sich in ihrer Größe voneinander. Dementsprechend erlaubt z.B. der kleine Entladungsspalt 45 die Induktion einer Entladung in der Brennkammer, wenn es aufgrund eines hohen Drucks in der Brennkammer schwierig ist, eine Entladung zu induzieren. Wenn es aufgrund eines niedrigen Drucks in der Brennkammer leicht ist, eine Entladung zu induzieren, ermöglicht der große Entladungsspalt 48 die Induktion einer Entladung in der Brennkammer. Der kleine Entladungsspalt 45 erleichtert die Induktion von Entladung darin und dient dazu, die Erzeugung einer Anfangsflamme über den Druckanstieg in der Brennkammer zu stabilisieren. Der große Entladungsspalt 48 hat einen großen Reaktionsbereich und dient damit der Erleichterung des Flammenwachstums und der Verbesserung der Zündleistung. Dies dient gleichzeitig der stabilen Erzeugung der Initialflamme und der Verbesserung des Zündverhaltens.
Die Masseelektroden 40 bestehen aus der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42, die mit der Metallhülle 30 verbunden sind und in einem Abstand in Umfangsrichtung der Metallhülle 30 angeordnet sind. Somit haben die erste Elektrode 41 und die zweite Elektrode 42 zwischen sich einen Spalt in Umfangsrichtung. Dadurch sind um die erste Elektrode 41 bzw. die zweite Elektrode 42 bestimmte als Reaktionsbereiche zur Verfügung stehende Räume gesichert, wobei die Räume jeweils die Entladungsspalte 45 und 48 einschließen. Dies dient dazu, die flammenlöschende Wirkung der Masseelektroden 40 zu unterdrücken und die Erzeugung einer Anfangsflamme und das Flammenwachstum zu erleichtern.
Die unterschiedlichen Größen der Entladungsspalte 45 und 48 der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 der Masseelektroden 40 dienen dazu, die Induktion der Entladung in einem der Entladungsspalte 45 und 48 unabhängig von einem Druck in der Brennkammer zu erleichtern. Die Masseelektroden 40 enthalten kein in der Größe der Entladungsspalte gleiches Masseelektrodenpaar. Dadurch kann eine Masseelektrode, die keinen Beitrag zur Verbesserung der Zündleistung leistet und der Flamme Energie entzieht, ausgeschlossen werden. Dies dient dazu, den Energieverlust durch die Masseelektroden 40 zu verringern und gleichzeitig die Zündleistung zu verbessern. Da die Masseelektroden 40 zwei Masseelektroden der ersten Elektrode 41 und der zweiten Elektrode 42 enthalten, kann insbesondere der Energieverlust durch die Masseelektroden 40 bei gleichzeitiger Verbesserung der Zündleistung maximal reduziert werden.
Das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 und das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 sind jeweils so geformt, dass sie zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen sind. Dies dient dazu, das elektrische Feld auf die ersten Enden 43 und 46 zu konzentrieren, und erleichtert dadurch die Induktion der Entladung zwischen dem ersten Ende 43 und dem vorderen Endabschnitt 14 und zwischen dem ersten Ende 46 und dem vorderen Endabschnitt 14.
Im Folgenden wird beschrieben, wie eine Position des ersten Endes 43 der ersten Elektrode 41 in Bezug auf das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 die Entladung der zweiten Elektrode 42 im Entladungsspalt 48 beeinflusst, mit Bezug auf 2A. 2A ist ein Diagramm, das das Verhältnis einer Anzahl von Entladungen in dem Entladungsspalt 48 zu einem Abstand D (siehe 1) zwischen den ersten Enden 43 und 46 der Masseelektroden 40 in Richtung der Achse O der Zündkerze 10 zeigt.
2A zeigt ein Ergebnis eines Experiments, das Folgendes umfasst: Fixieren einer Position des ersten Endes 46 der zweiten Elektrode 42; Verschieben einer Position des ersten Endes 43 der ersten Elektrode 41 in Bezug auf das erste Ende 46 um 1 mm-Schritte zur hinteren Endseite; und Vorbereiten von acht Proben der Zündkerze 10, bei denen der Abstand D zwischen den ersten Enden 43 und 46 in axialer Richtung von 0 mm bis 7 mm variiert. Jede der Proben wurde so geformt, dass: das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 und das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 im Winkel um die Achse O 180° voneinander entfernt waren; die Größe (d.h. der kürzeste Abstand in radialer Richtung) des Entladungsspalts 48 an der zweiten Elektrode 42 2 mm betrug; und die Größe des Entladungsspalts 45 an der ersten Elektrode 41 0,5 mm betrug. Die Proben waren untereinander gleich in Abmessung, Form, Material usw. mit Ausnahme des Abstands D.
Jede der Proben war in einer Kammer (nicht abgebildet) mit einem Beobachtungsfenster montiert. Die Kammer war mit Testgas gefüllt, das in der vorliegenden Ausführungsform Luft war. Während der Druck in der Kammer bei 0,4 MPa gehalten wurde, wurde zwischen dem Metallanschluss 22 und der Metallhülle 30 eine Impulsspannung angelegt. Die Impulsspannung hatte eine Wiederholungsfrequenz von 40 kHz und eine Spannungshöhe von 20 kV. Die Entladung wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet, um die Anzahl der Entladungen im Entladungsspalt 48 von insgesamt 100 Entladungen, die im Entladungsspalt 45 oder 48 induziert wurden, zu zählen. 2A hat eine horizontale Achse, die den Abstand D (mm) zwischen dem ersten Ende 43 der ersten Elektrode 41 und dem ersten Ende 46 der zweiten Elektrode 42 in axialer Richtung darstellt, und eine vertikale Achse, die die Anzahl der Entladungen (≤ 100 Mal) im Entladungsspalt 48 der zweiten Elektrode 42 darstellt.
Wie in 2A gezeigt, nahm die Anzahl der Entladungen im Entladungsspalt 48 mit zunehmendem Abstand D zu. Das Experiment zeigte, dass 10% der Entladung im Entladungsspalt 45 oder 48 im Entladungsspalt 48 induziert wurde, wenn der Abstand D gleich oder größer als 1 mm war.
Dementsprechend kann, wie in 2A gezeigt, die Entladungsinduktion nicht nur in dem kleinen, leicht zu entladenden Entladungsspalt 45, sondern auch in dem großen Entladungsspalt 48 erleichtert werden, indem die Entladungsspalte 45 und 48 in ihrer Größe jeweils zwischen dem ersten Ende 43 der ersten Elektrode 41 und dem vorderen Endabschnitt 14 bzw. zwischen dem ersten Ende 46 der zweiten Elektrode 42 und dem vorderen Endabschnitt 14 so gestaltet werden, dass die ersten Enden 43 und 46 in axialer Richtung unterschiedlich positioniert sind: d.h., so dass der Abstand D ungleich 0 ist. Dies dient der stabilen Erzeugung der Anfangsflamme im Entladungsspalt 45 und der Erleichterung des Flammenwachstums durch die Entladung im großen Entladungsspalt 48.
Weiterhin ist die Zündkerze 10 so ausgebildet, dass der vorderendseitige Entladungsspalt 48 der Entladungsspalte größer ist als der hinterendseitige Entladungsspalt 45 der Entladungsspalte. Dadurch kann der Reaktionsbereich einschließlich des Entladungsspalts 48 größer sein als der Reaktionsbereich einschließlich des Entladungsspalts 45. Dies erleichtert das Flammenwachstum im vorderen, näher an der nicht dargestellten Brennkammer gelegenen Entladungsspalt 48, ist als dem hinterendseitigen Entladungsspalt 45, und erleichtert dadurch die Verbrennung von Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer aufgrund einer gewachsenen Flamme.
Als nächstes wird im Folgenden beschrieben, wie ein Winkel θ zwischen dem ersten Ende 43 der ersten Elektrode 41 und dem ersten Ende 46 der zweiten Elektrode 42, der als um die Achse O gemessen wird, die Entladung im Entladungsspalt 48 der zweiten Elektrode 42 beeinflusst. 4B ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Anzahl der Entladungen im Entladungsspalt 48 und dem Winkel θ (gemessen als spitzer Winkel) zwischen den ersten Enden 43 und 46 der Masseelektroden 40 um die Achse O zeigt.
2B zeigt ein Ergebnis des Experiments mit fünf Proben der Zündkerze 10, die im Winkel θ zwischen dem ersten Ende 43 der ersten Elektrode 41 und dem ersten Ende 46 der zweiten Elektrode 42 um die Achse O variieren. Die fünf Proben hatten jeweils die Winkel θ (die gemessen spitzen) von 40°, 80°, 120°, 160° und 180°. Jede der Proben war so geformt, dass: die Größe (d.h. der kürzeste Abstand in radialer Richtung) des Entladungsspalts 48 an der zweiten Elektrode 42 2 mm betrug; die Größe des Entladungsspalts 45 an der ersten Elektrode 41 0,5 mm betrug; das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 in Bezug auf das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 nach hinten versetzt war; und der Abstand D zwischen dem ersten Ende 43 der ersten Elektrode 41 und dem ersten Ende 46 der zweiten Elektrode 42 in axialer Richtung 6 mm betrug. Die Proben waren untereinander gleich in Abmessung, Form, Material usw. mit Ausnahme des Winkels θ.
Jede der Proben wurde an einer Kammer (nicht abgebildet) mit einem Beobachtungsfenster montiert. Während der Druck in der mit dem Testgas (Luft) gefüllten Kammer auf 0,4 MPa gehalten wurde, wurde die Impulsspannung zwischen dem Metallanschluss 22 und der Metallhülse 30 angelegt. Die Impulsspannung hatte die Wiederholungsfrequenz von 40 kHz und die Spannungshöhe von 20 kV. Die Entladung wurde von der Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet, um die Anzahl der Entladungen im Entladungsspalt 48 von insgesamt 100 Entladungen zu zählen, die im Entladungsspalt 45 oder 48 induziert wurden. 2B hat eine horizontale Achse, die den Winkel θ (°) zwischen den ersten Enden 43 und 46 der Masseelektroden 40 um die Achse O darstellt, und eine vertikale Achse, die die Anzahl der Entladungen (≤ 100 Mal) im Entladungsspalt 48 der zweiten Elektrode 42 darstellt.
Wie in 2B gezeigt, nahm die Anzahl der Entladungen im Entladungsspalt 48 mit zunehmendem Winkel θ zu. Das Experiment zeigte, dass 10% der Entladung im Entladungsspalt 45 oder 48 im Entladungsspalt 48 induziert wurde, wenn der Winkel θ gleich oder größer als 80° war.
Dementsprechend kann, wie in 2B gezeigt, die Induktion der Entladung nicht nur in dem kleinen, leicht zu entladenden Entladungsspalt 45, sondern auch in dem großen Entladungsspalt 48 erleichtert werden, indem das erste Ende 43 der ersten Elektrode 41 und das erste Ende 46 der zweiten Elektrode 42 in der Größe der Entladungsspalte 45 und 48 voneinander verschieden gestaltet werden, so dass die ersten Enden 43 und 46 im Winkel, gemessen um die Achse O (wobei der Winkel θ ≥ 80° beträgt), 180° voneinander entfernt sind. Dies dient zur stabilen Erzeugung der Anfangsflamme im Entladungsspalt 45 und zur Erleichterung des Flammenwachstums durch die Entladung im großen Entladungsspalt 48.
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf die 3A und 3B beschrieben. Die erste Ausführungsform veranschaulicht einen Fall, in dem eine Anzahl der Masseelektroden 40 zwei ist. Als Variation veranschaulicht die zweite Ausführungsform einen Fall, in dem die Anzahl der Masseelektroden 60 vier beträgt. Die Konfigurationen, die der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, werden zur Vereinfachung der Beschreibung durch die gemeinsamen Bezugszeichen dargestellt.
3A ist eine Seitenansicht einer Zündkerze 50 gemäß der zweiten Ausführungsform. 3B ist eine Seitenansicht der Zündkerze 50 in Richtung eines Pfeils IIIb gemäß 3A. Jede der 3A und 3B sind ohne ihren hinteren Teil gezeichnet und ohne jede der 4A und 4B sind ähnlich gezeichnet.
Wie in den 3A und 3B gezeigt enthält die Zündkerze 50 die Masseelektroden 60, von denen jede ein Stabelement aus Metall wie einer Legierung auf Nickelbasis ist und mit dem vorderen Endabschnitt 31 des Metallgehäuses 30 verbunden ist (siehe 1). Die Masseelektroden 60 bestehen aus einer ersten Elektrode 61, einer zweiten Elektrode 62, einer dritten Elektrode 63 und einer vierten Elektrode 64, von denen jede einen rechteckigen Querschnitt hat und parallel zur Achse O angeordnet ist.
Die erste Elektrode 61 umfasst ein erstes Ende 65 und ein zweites Ende 66, wobei das erste Ende 65 in Bezug auf das zweite Ende 66, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne angeordnet ist. Die erste Elektrode 61 enthält einen axial zentralen Abschnitt, der zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen ist, wobei das erste Ende 65 und seine Umgebung sich parallel zur Achse O erstrecken. Das erste Ende 65 und seine Umgebung haben einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 als die anderen Abschnitte der ersten Elektrode 61 und bilden somit einen Entladungsspalt 67 mit dem vorderen Endabschnitt 14. Eine solche Anordnung des ersten Endes 65 und seiner Umgebung parallel zur Achse O dient dazu, eine Entladung an verteilten Stellen im Entladungsspalt 67 zu induzieren und dadurch einen Reaktionsbereich für die Erzeugung einer Anfangsflamme zu erweitern.
Die zweite Elektrode 62 umfasst ein erstes Ende 68 und ein zweites Ende 69, wobei das erste Ende 68 in Bezug auf das zweite Ende 69, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne positioniert ist. Die zweite Elektrode 62 erstreckt sich parallel zur Achse O, mit Ausnahme des ersten Endes 68. Das erste Ende 68 ist zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen und hat einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 als die anderen Teile der zweiten Elektrode 62. Das erste Ende 68 der zweiten Elektrode 62 bildet einen Entladungsspalt 70 mit dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11.
Die dritte Elektrode 63 umfasst ein erstes Ende 71 und ein zweites Ende 72, wobei das erste Ende 71 in Bezug auf das zweite Ende 72, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne angeordnet ist. Die dritte Elektrode 63 erstreckt sich parallel zur Achse O, mit Ausnahme des ersten Endes 71. Das erste Ende 71 ist zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen und hat einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 als die anderen Teile der dritten Elektrode 63. Das erste Ende 71 der dritten Elektrode 63 bildet einen Entladungsspalt 73 mit dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11.
Die vierte Elektrode 64 umfasst ein erstes Ende 74 und ein zweites Ende 75, wobei das erste Ende 74 in Bezug auf das zweite Ende 75, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne angeordnet ist. Die vierte Elektrode 64 verläuft parallel zur Achse O. Bei der vierten Elektrode 64 soll das erste Ende 74 ein Punkt der Konzentration des elektrischen Feldes sein. Dies bewirkt, dass zwischen dem ersten Ende 74 und dem vorderen Endabschnitt 14 tendenziell eine Entladung induziert wird. So bildet das erste Ende 74 der vierten Elektrode 64 einen Entladungsspalt 76 mit dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11. Das erste Ende 74 der vierten Elektrode 64 ist in Bezug auf die Spitze 14a des vorderen Endabschnitts 14 vorne positioniert.
Das erste Ende 65 der ersten Elektrode 61, das erste Ende 68 der zweiten Elektrode 62, das erste Ende 71 der dritten Elektrode 63 und das erste Ende 74 der vierten Elektrode 64 sind in 90°-Intervallen im Winkel um die Achse O angeordnet. Außerdem sind das erste Ende 65 der ersten Elektrode 61, das erste Ende 68 der zweiten Elektrode 62, das erste Ende 71 der dritten Elektrode 63 und das erste Ende 74 der vierten Elektrode 64 in dieser Reihenfolge in einer Richtung von der hinteren Endseite zur vorderen Endseite der Zündkerze 50 angeordnet. Die ersten Enden 65, 68, 71 und 74 befinden sich in dieser Reihenfolge auch im Hinblick auf die Größe ihrer Entladungsspalte 67, 70, 73 und 76 von der kleinsten zur größten. Die Größe der Entladungsspalte 76 bedeutet den kürzesten Abstand vom ersten Ende 74 und seiner Umgebung zum vorderen Endabschnitt 14.
Die Zündkerze 50 umfasst das erste Ende 65 der ersten Elektrode 61, das erste Ende 68 der zweiten Elektrode 62, das erste Ende 71 der dritten Elektrode 63 und das erste Ende 74 der vierten Elektrode 64, die in 90°-Intervallen im Winkel um die Achse O angeordnet sind (wobei der Winkel θ ≥ 80° beträgt), wobei sich ihre Entladungsspalte 67, 70, 73 und 76 in ihrer Größe voneinander unterscheiden. Dies dient der Erleichterung der Entladung nicht nur in dem kleinen, leicht zu entladenden Entladungsspalt 67, sondern auch in den Entladungsspalten 70, 73 und 76, die größer als der Entladungsspalt 67 sind, und erleichtert dadurch das Wachstum der Flamme aufgrund der in den Entladungsspalten 70, 73 und 76 induzierten Entladung.
Darüber hinaus ist die Zündkerze 50 so geformt, dass der Entladungsspalt 76 größer ist als der Entladungsspalt 67, der in Bezug auf den Entladungsspalt 76 nach hinten versetzt ist. Dies erleichtert das Wachstum der Flamme in dem Entladungsspalt 76 stärker als in dem Entladungsspalt 67, wobei der Entladungsspalt 76 näher an einem nicht dargestellten Brennkammermittelpunkt liegt als der Entladungsspalt 67. Dies dient dazu, die Verbrennung von Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer aufgrund einer gewachsenen Flamme zu erleichtern.
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben. Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform stellen jeweils einen Fall dar, in dem einer der Entladungsspalte größer ist als ein andere der Entladungsspalte, der in Bezug auf den eine der Entladungsspalte nach hinten versetzt ist. Im Gegensatz dazu ist die dritte Ausführungsform ein Beispiel für einen Fall, in dem eine der Entladungsspalte kleiner ist als eine andere der Entladungsspalte, der in Bezug auf den einen der Entladungsspalte hinter diesem angeordnet ist. Die der ersten Ausführungsform gemeinsamen Konfigurationen werden zur Vereinfachung der Beschreibung durch die gemeinsamen Bezugszeichen dargestellt. 4A ist eine Seitenansicht einer Zündkerze 80 gemäß der dritten Ausführungsform. 4B ist eine Seitenansicht der Zündkerze 80 in Richtung eines Pfeils IVb gemäß 4A.
Wie in 4A und 4B dargestellt, enthält die Zündkerze 80 Masseelektroden 90, von denen jede ein Stabelement aus Metall wie einer Legierung auf Nickelbasis ist und die mit dem vorderen Endabschnitt 31 des Metallgehäuses 30 verbunden ist (siehe 1). Die Masseelektroden 90 bestehen aus einer ersten Elektrode 91, einer zweiten Elektrode 92, einer dritten Elektrode 93 und einer vierten Elektrode 94, von denen jede einen rechteckigen Querschnitt hat und parallel zur Achse O angeordnet ist.
Die erste Elektrode 91 umfasst ein erstes Ende 95 und ein zweites Ende 96, wobei das erste Ende 95 in Bezug auf das zweite Ende 96, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne positioniert ist. Die erste Elektrode 91 verläuft parallel zur Achse O. Bei der ersten Elektrode 91 soll das erste Ende 95 ein Punkt der Konzentration des elektrischen Feldes sein. Dies bewirkt, dass zwischen dem ersten Ende 95 und dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 tendenziell eine Entladung induziert wird. So bildet das erste Ende 95 der ersten Elektrode 91 einen Entladungsspalt 97 mit dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11.
Die zweite Elektrode 92 umfasst ein erstes Ende 98 und ein zweites Ende 99, wobei das erste Ende 98 in Bezug auf das zweite Ende 99, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne positioniert ist. Die zweite Elektrode 92 enthält einen axial zentralen Abschnitt, der zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen ist, wobei das erste Ende 98 und seine Umgebung sich parallel zur Achse O erstrecken. Das erste Ende 98 und seine Umgebung haben einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 als die anderen Abschnitte der zweiten Elektrode 92 und bilden so einen Entladungsspalt 100 mit dem vorderen Endabschnitt 14. Eine solche Anordnung des ersten Endes 98 und seiner Umgebung parallel zur Achse O dient dazu, eine Entladung an verteilten Stellen im Entladungsspalt 100 zu induzieren und dadurch einen Reaktionsbereich für die Erzeugung einer Initialflamme zu erweitern.
Die dritte Elektrode 93 umfasst ein erstes Ende 101 und ein zweites Ende 102, wobei das erste Ende 101 in Bezug auf das zweite Ende 102, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne angeordnet ist. Die dritte Elektrode 93 erstreckt sich parallel zur Achse O, mit Ausnahme des ersten Endes 101. Das erste Ende 101 ist zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen und hat einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 als die anderen Teile der dritten Elektrode 93. Das erste Ende 101 der dritten Elektrode 93 bildet einen Entladungsspalt 103 mit dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11.
Die vierte Elektrode 94 umfasst ein erstes Ende 104 und ein zweites Ende 105, wobei das erste Ende 104 in Bezug auf das zweite Ende 105, das mit der Metallhülle 30 verbunden ist, vorne positioniert ist. Die vierte Elektrode 94 erstreckt sich parallel zur Achse O, mit Ausnahme des ersten Endes 104. Das erste Ende 104 ist zum vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11 hin gebogen und hat einen geringeren Abstand zum vorderen Endabschnitt 14 als die anderen Teile der vierten Elektrode 94. Das erste Ende 104 der vierten Elektrode 94 bildet einen Entladungsspalt 106 mit dem vorderen Endabschnitt 14 des Isolators 11.
Das erste Ende 95 der ersten Elektrode 91, das erste Ende 98 der zweiten Elektrode 92, das erste Ende 101 der dritten Elektrode 93 und das erste Ende 104 der vierten Elektrode 94 sind in 90°-Intervallen im Winkel um die Achse O angeordnet. Außerdem sind das erste Ende 95 der ersten Elektrode 91, das erste Ende 98 der zweiten Elektrode 92, das erste Ende 101 der dritten Elektrode 93 und das erste Ende 104 der vierten Elektrode 94 in dieser Reihenfolge in einer Richtung von der hinteren Endseite zur vorderen Endseite angeordnet. Die ersten Enden 95, 98, 101 und 104 befinden sich in dieser Reihenfolge auch im Hinblick auf die Größe ihrer Entladungsspalte 97, 100, 103 und 106 vom größten zum kleinsten. Die Größe des Entladungsspaltes 97 bedeutet den kürzesten Abstand vom ersten Ende 95 und seiner Umgebung zum vorderen Endabschnitt 14. Die Größe des Entladungsspalts 100 bedeutet den kürzesten Abstand vom ersten Ende 98 und dessen Nähe zum vorderen Endabschnitt 14.
Die Zündkerze 80 ist so geformt, dass der Entladungsspalt 106 kleiner ist als der Entladungsspalt 97, der in Bezug auf den Entladungsspalt 106 nach hinten versetzt ist. Dies erleichtert die Erzeugung der Anfangsflamme mehr in dem Entladungsspalt 106 als in dem Entladungsspalt 97, wobei der Entladungsspalt 106 näher an der Mitte der nicht dargestellten Brennkammer liegt, als der Entladungsspalt 97. Dies dient dazu, die Entzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer aufgrund der erleichterten Erzeugung der Anfangsflamme zu erleichtern.
Während das Obige die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der Ausführungsformen beschreibt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Die vorliegende Erfindung umfasst selbstverständlich jede Verbesserung und/oder Modifikation im Rahmen des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung.
Obwohl nach den Ausführungsformen die Anzahl der Masseelektroden zwei oder vier beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Anzahl der Masseelektroden kann in geeigneter Weise modifiziert werden und kann natürlich drei, fünf oder eine größere Anzahl betragen.
Obwohl die Entladungsspalte zwischen dem vorderen Abschnitt 14 des Isolators 11 und den Masseelektroden 40, 60 oder 90 gemäß den Ausführungsformen unterschiedlich groß sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Entladungsspalte können ein Paar von Entladungsspalten gleicher Größe umfassen. Unter der Voraussetzung, dass die Masseelektroden ein Paar von Masseelektroden enthalten, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden, wird die Induktion der Entladung in einer dieser Entladungsspalten, die sich in der Größe voneinander unterscheiden, unabhängig vom Druck in der Brennkammer erleichtert.
Obwohl nach den Ausführungsformen der vordere Endabschnitt 14 des Isolators 11 über seine gesamte axiale Länge im Außendurchmesser konstant ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der äußere Umfang des vorderen Endabschnitts 14 so geformt sein, dass der Durchmesser zur vorderen Endseite hin abnimmt, so dass das vordere Ende des vorderen Endabschnitts 14 einen geringeren Außendurchmesser hat als das hintere Ende des vorderen Endabschnitts 14. Auf eine andere Weise kann der Außenumfang des vorderen Endabschnitts 14 so geformt sein, dass der Durchmesser zur vorderen Endseite hin zunimmt, so dass das vordere Ende des vorderen Endabschnitts 14 einen größeren Außendurchmesser hat als das hintere Ende des vorderen Endabschnitts 14. Auf noch andere Weise kann der Außenumfang des vorderen Endabschnitts 14 als zylindrisches Rohr mit einem ausgebeulten Mittelabschnitt geformt sein, so dass der vordere Endabschnitt 14 einen axialen Mittelabschnitt mit größerem Außendurchmesser als das vordere Ende oder das hintere Ende des vorderen Endabschnitts 14 aufweist. Es ist möglich, die Intensität des elektrischen Feldes zwischen der Mittelelektrode und den Masseelektroden durch Änderung der Form des Außenumfangs des vorderen Endabschnitts 14 des Isolators 11 in Abhängigkeit von der radialen Dicke des vorderen Endabschnitts 14 usw. entsprechend anzupassen.
Obwohl nach den Ausführungsformen die Spitze 14a des vorderen Endabschnitts 14 des Isolators 11 flach ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Spitze 14a als kugelförmige Krone geformt sein.
Obwohl nach den Ausführungsformen jede Elektrode der Masseelektroden 40, 60 und 90 linear geformt ist und das zweite Ende und seine Umgebung so angeordnet sind, dass sie sich parallel zur Achse O erstrecken, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jede Elektrode der Masseelektroden 40, 60 und 90 kann das erste Ende und seine Umgebung so geneigt enthalten, dass jede Elektrode entlang einer Ebene angeordnet ist, die die Achse O einschließt, und so, dass der Entladungsspalt zwischen dem ersten Ende jeder Elektrode und dem vorderen Endabschnitt 14 gebildet wird. Auf andere Weise kann im Gegensatz zu einer solchen Konfiguration, bei der jede Elektrode der Masseelektroden 40, 60 und 90 so angeordnet ist, dass sie von der Ebene einschließlich der Achse O eingeschlossen wird, jede Elektrode der Masseelektroden 40, 60 und 90 schräg in Bezug auf die Achse O angeordnet werden.
Obwohl nach den Ausführungsformen jede Elektrode der Masseelektroden 40, 60 und 90 linear ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jede Elektrode der Masseelektroden 40, 60 und 90 kann gekrümmt geformt sein. Durch die gekrümmte Form jeder Elektrode kann jede Elektrode freier angeordnet werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform nimmt die Größe des Entladungsspalts in der Reihenfolge der Entladungsspalte 67, 70, 73 und 76 zu, d.h. in der Reihenfolge von der hinteren zur vorderen Stirnseite der Zündkerze 50. Nach der dritten Ausführungsform nimmt die Größe der Entladungsspalte in der Reihenfolge der Entladungsspalte 97, 100, 103 und 106 ab, d.h. in der Reihenfolge von der hinteren zur vorderen Stirnseite der Zündkerze 80. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist nicht erforderlich, die Entladungsspalte in axialer Richtung in der Reihenfolge ihrer Größe anzuordnen. Beispielsweise ist es möglich, das Flammenwachstum im vorderseitigen Entladungsspalt, der näher an der Brennkammermitte liegt als der rückseitige Entladungsspalt, zu erleichtern, indem mindestens ein vorderseitiger Entladungsspalt gebildet wird, der in Bezug auf einen rückseitigen Entladungsspalt nach vorne versetzt und größer als der rückseitige Entladungsspalt ist. Auf andere Weise kann durch die Bildung von mindestens einem vorderseitigen Entladungsspalt, der in Bezug auf einen rückseitigen Entladungsspalt nach vorne gerichtet und kleiner als der rückseitige Entladungsspalt ist, die Erzeugung einer Anfangsflamme im vorderseitigen Entladungsspalt erleichtert werden, der näher an der Mitte der Brennkammer liegt als der rückseitige Entladungsspalt.
Obwohl nach der zweiten oder dritten Ausführungsform die vier Masseelektroden 60 oder 90 in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Umfangsabstände der Masseelektroden können entsprechend modifiziert werden.
Bezugszeichenliste

10, 50, 80: Zündkerze
11: Isolator
14: vorderer Endabschnitt
20: zentrale Elektrode
30: Metallhülle
31: Frontendabschnitt
40, 60, 90: Masseelektroden
43, 46, 65, 68, 71, 74, 95, 98, 101, 104: erstes Ende
44, 47, 66, 69, 72, 75, 96, 99, 102, 105: zweites Ende
45, 48, 67, 70, 73, 76, 97, 100, 103, 106: Entladungsspalt
O: Achse

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 2017152143 A [0003]

Claims

Eine Zündkerze enthaltend: eine Mittelelektrode, die sich entlang einer Achse von einer vorderen Endseite zu einer hinteren Endseite erstreckt; einen Isolator mit einem vorderen Endabschnitt, der als ein mit einem Boden versehenes Rohr ausgebildet ist, das eine Spitze der Mittelelektrode umgibt; eine Metallhülle, die röhrenförmig geformt ist und so strukturiert ist, dass sie den Isolator trägt, so dass der vordere Endabschnitt des Isolators von einem vorderen Endabschnitt der Metallhülle zur vorderen Endseite vorsteht; und eine Mehrzahl von Masseelektroden, von denen jede ein erstes Ende aufweist, das einen Entladungsspalt mit dem vorderen Endabschnitt des Isolators bildet, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem vorderen Endabschnitt der Metallhülle verbunden ist, wobei die Mehrzahl von Masseelektroden ein Paar von Masseelektroden einschließt, die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei jedes Paar von Masseelektroden aus der Mehrzahl von Masseelektroden sich voneinander in der Größe ihrer Entladungsspalte unterscheidet.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Paar von Masseelektroden die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden, in der Position ihrer ersten Enden in Richtung der Achse unterschiedlich sind.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei die Entladungsspalte ein Paar von Entladungsspalten umfasst, die so ausgebildet sind, dass ein vorderseitiges Paares von Entladungsspalten größer ist als ein rückendseitiges des Paares von Entladungsspalten.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei die Entladungsspalte ein Paar Entladungsspalten aufweist, die so ausgebildet sind, dass ein vorderendseitiges Paar von Entladungsspalten kleiner ist als eine rückendseitiges Paar von Entladungsspalten.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Paar von Masseelektroden die sich in der Größe ihrer Entladungsspalte voneinander unterscheiden, so angeordnet sind, dass die ersten Enden des Paares von Masseelektroden einen Winkel von 80° oder mehr um die Achse voneinander entfernt sind.
Die Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mehrzahl der Masseelektroden aus zwei Elektroden zusammengesetzt ist.