DE19610087A1 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Zündkerze für einen VerbrennungsmotorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zünd
kerze für einen Verbrennungsmotor.
In der letzten Zeit wurden bei Verbrennungsmotoren zur
Verwendung bei Kraftfahrzeugen oder ähnlichem gründliche
Versuche ausgeführt, um den Kraftstoffverbrauch von einem
globalen Standpunkt aus zu verringern, einschließlich Um
weltproblemen oder Bewahrung der Ressourcen der Erde.
Insbesondere haben sich bei einem Benzinmotor Versuche
hauptsächlich auf die Erhöhung des Verdichtungsverhältnis
ses oder auf die Verwendung einer Magermischung gerichtet,
deren Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als ein stöchio
metrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Bei diesen Lö
sungen besteht jedoch die Neigung dazu, eine Erhöhung der
Entladespannung der Zündkerze herbeizuführen. Durch eine
erhöhte Entladespannung bedingt ist nicht nur der Wider
stand gegenüber einem dielektrischen Durchschlag im Zündsy
stem verringert, sondern es tritt ebenfalls eine Entladung
an einem anderen Abschnitt der Zündkerze als der Funken
strecke auf. Daraus ergibt sich ein instabiler Leerlaufbe
trieb des Motors. Darüber hinaus beschleunigt sich die er
höhte Entladespannung mit dem Abrieb der Elektroden. Unter
diesen Umständen besteht die Notwendigkeit des Vorsehens
von Zündkerzen, deren Entladespannung niedrig ist.
Als Antwort auf diese Notwendigkeit offenbart zum Bei
spiel die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung
5 326 107 eine Zündkerze, die mit einer Vielzahl von Erdungs
elektroden versehen ist, um die Entladespannung zu verrin
gern und den Abrieb der Elektroden zu begrenzen.
Bei der Zündkerze, die in der JPP′107 vorgeschlagen
ist, werden jedoch weder ein Einfluß, der durch das Vorhan
densein der zusätzlichen (zweiten) Erdungselektrode verur
sacht wird, noch die Funktionsbeziehung zwischen der ersten
und der zweiten Erdungselektrode analysiert; somit wird die
Verringerung der Entladespannung und eine Erhöhung des Ab
riebwiderstandes der Elektroden bis zu einem gewissen Grade
begrenzt.
Unter diesen Umständen haben die Erfinder der vorlie
genden Erfindung Experimente durchgeführt und die Einzel
heiten der Beschreibung der Erdungselektroden bei einer
Zündkerze mit mehreren Erdungselektroden auf den experimen
tellen Ergebnissen basierend sorgfältig untersucht, um eine
weiter verbesserte Zündkerze zu erhalten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Zündkerze für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, die eine
niedrige Entladungsspannung, eine hohe Zündempfindlichkeit,
was zu verbesserten Fahreigenschaften des Motors führt, und
einen hohen Wärmewiderstand hat.
Um die vorstehend genannte Aufgabe entsprechend der
vorliegenden Erfindung zu lösen, ist eine Zündkerze für
einen Verbrennungsmotor vorgesehen, die aufweist: einen
Isolator mit einem Durchgangsloch, eine mittlere Elektrode,
die in einem Ende des Durchgangslochs gehalten wird, eine
Spannungsübertragungseinrichtung, die am anderen Ende des
Durchgangslochs vorgesehen ist und mit der mittleren Elek
trode elektrisch verbunden ist, ein Gehäuse, in dem der
Isolator gehalten wird, eine erste Erdungselektrode, die an
ihrem einen Ende mit einer Endfläche des Gehäuses elek
trisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der
Stirnseite der mittleren Elektrode eine erste Funkenstrecke
definiert, und zumindest eine zweite Erdungselektrode, die
an ihrem einem Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden
ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der
mittleren Elektrode eine zweiten Funkenstrecke definiert,
wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Erdungs
elektrode "A" ist, die Breite der zweiten Erdungselektrode
"B" ist, der Abstand der ersten Funkenstrecke g1 ist und
der Abstand der zweiten Funkenstrecke g2 ist, die folgende
Beziehung hergestellt ist:
0,5 ΣBn/A 1,5
("n" stellt die Anzahl der zweiten
Erdungselektroden dar)
-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
Vorzugsweise ist zumindest die erste Erdungselektrode
oder die mittlere Elektrode mit einem Stirnseitenelektro
denabschnitt versehen, der aus Edelmetall oder einer Edel
metall-Legierung gefertigt ist.
Vorzugsweise genügen, wenn die mittlere Elektrode und
die erste Erdungselektrode mit Stirnseitenelektrodenab
schnitten versehen sind, die aus Edelmetall oder einer
Edelmetall-Legierung gefertigt sind, die erste Funken
strecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 der folgenden
Beziehung:
0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
Stärker vorzuziehen ist es, daß die erste Funkenstrecke
g1 und die zweite Funkenstrecke g2 der folgenden Beziehung
genügen:
0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel genügt die
zweite Funkenstrecke der folgenden Beziehung:
g2 0,9 mm.
Stärker vorzuziehen ist es, daß die zweite Funken
strecke der folgenden Beziehung genügt:
g2 1,1 mm.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist die erste Erdungselektrode mit einer Stirn
seitenelektrode versehen, die aus einem Metallmaterial ge
fertigt ist, das aus Platin, einer Platinlegierung, Iridium
und einer Iridiumlegierung ausgewählt ist, und die mittlere
Elektrode mit einer Stirnseitenelektrode versehen ist, die
aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefer
tigt ist.
Die erste Erdungselektrode kann mit einer Stirnseitene
lektrode versehen sein, die aus einem Metallmaterial gefer
tigt ist, das aus Platin, einer Platinlegierung, Iridium
und einer Iridiumlegierung ausgewählt ist, und die mittlere
Elektrode mit einer Stirnseitenelektrode versehen sein, die
aus Iridiumdraht oder einem Iridiumlegierungsdraht gefer
tigt ist.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung ist eine Zündkerze für einen Verbrennungs
motor vorgesehen, die aufweist: einen Isolator mit einem
Durchgangsloch, eine mittlere Elektrode, die in einem Ende
des Durchgangslochs gehalten wird, eine Spannungsübertra
gungseinrichtung, die im anderen Ende des Durchgangslochs
vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode elektrisch
verbunden ist, ein Gehäuse, in dem der Isolator gehalten
wird, eine erste Erdungselektrode, die an ihrem einen Ende
mit einer Endfläche des Gehäuses elektrisch verbunden ist
und am anderen Ende zusammen mit der Stirnseite der mittle
ren Elektrode eine erste Funkenstrecke definiert, und zu
mindest eine zweite Erdungselektrode, die an ihrem einen
Ende mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist und am ande
ren Ende zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elek
trode eine zweite Funkenstrecke definiert, wobei unter der
Annahme, daß die Breite der ersten Erdungselektrode "A" ist
und die Breite der zweiten Erdungselektrode "B" ist, die
folgende Beziehung hergestellt ist:
0,5 ΣBn/A 1,5
("n" stellt die Anzahl der zweiten
Erdungselektroden dar)
und wobei die erste Funkenstrecke und die zweite Fun kenstrecke so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der er sten Funkenstrecke erzeugt werden kann.
und wobei die erste Funkenstrecke und die zweite Fun kenstrecke so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der er sten Funkenstrecke erzeugt werden kann.
Bei dieser Anordnung ist, da die zweiten Erdungselek
troden in Verbindung mit der ersten Erdungselektrode gemäß
Vorbeschreibung vorgesehen sind, die Oberfläche mit glei
cher Spannung um die mittlere Elektrode herum konzentriert,
um die Intensität des elektrischen Feldes zu erhöhen; somit
kann der Funken in der ersten Funkenstrecke, die durch die
mittlere Elektrode und die erste Erdungselektrode definiert
ist, einfach erzeugt werden. Darüber hinaus kann entspre
chend der vorliegenden Erfindung, da die Breite der ersten
Erdungselektrode und die Breite der zweiten Erdungselektro
de so bestimmt sind, daß diese gemäß Vorbeschreibung eine
spezifische Beziehung haben, die Intensität des elektri
schen Feldes, wenn die zweiten Erdungselektroden verwendet
werden, deren Breite kleiner als die der herkömmlichen
zweiten Erdungselektrode ist, durch den Randeffekt der
zweiten Erdungselektroden bedingt weiter erhöht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Zusam
menhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Zündkerze für
einen Verbrennungsmotor entsprechend einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei die
rechte Hälfte der Zündkerze geschnitten ist, die
Fig. 2A und 2B eine vergrößerte Vorderansicht
und eine vergrößerte Seitenansicht eines Hauptabschnitts
einer Zündkerze, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind,
Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, die das experi
mentelle Ergebnis von Experiment 1 entsprechend der vorlie
genden Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, die das experi
mentelle Ergebnis von Experiment 2 entsprechend der vorlie
genden Erfindung zeigt,
Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die das experi
mentelle Ergebnis von Experiment 3 entsprechend der vorlie
genden Erfindung zeigt,
Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, die das Bewer
tungsergebnis der Zündkerze entsprechend dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel zeigt, das auf Experimenten basiert, die in
einer kryogenischen Testkammer bei -15°C ausgeführt wurden,
was einem normalen kalten Gebiet entspricht,
Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, die das Bewer
tungsergebnis der Zündkerze entsprechend dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel zeigt, das auf Experimenten basiert, die in
einer kryogenischen Testkammer bei -30°C ausgeführt wurden,
was einem extrem kalten Gebiet entspricht,
Fig. 8 eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptteils
einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung ist und
Fig. 9 eine vergrößerte Vorderansicht eines Hauptteils
einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Zündkerze
für einen Verbrennungsmotor entsprechend einem ersten Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei nur die
rechte Hälfte geschnitten ist. Die Fig. 2A und 2B sind
vergrößerte Vorder- und Seitenansichten eines Hauptteils
einer Zündkerze, die in Fig. 1 gezeigt ist. In den Zeich
nungen weist die Zündkerze 1 für einen Verbrennungsmotor
einen Isolator 3, der ein Durchgangsloch 2 hat und aus Alu
minium oder ähnlichem hergestellt ist, und ein Metallge
häuse 6 auf, das aus niedriggekohltem Stahl gefertigt ist.
Der Isolator 3 wird durch einen Metallring 4 aus Kupfer
oder ähnlichen und eine Packung 5 im Gehäuse 6 fest gehal
ten. Eine mittlere Elektrode 8, die aus wärmebeständigem
und korrosionsbeständigem Material, wie zum Beispiel einer
Nickellegierung, gefertigt ist, ist in die Stirnseite
(oberes Ende) des Durchgangslochs 2 eingeführt und ist mit
einer Stirnelektrode 7 aus Edelmetall oder einer Edelme
tall-Legierung versehen. Eine Anschlußelektrode 10, die aus
Metall, wie zum Beispiel Eisen, gefertigt ist, ist in das
hintere Ende (untere Ende) des Durchgangsloches 2 einge
führt und wird in diesem gehalten. Ein leitfähiges Glas 11
und ein Widerstand 12 sind in den Isolator 3 und zwischen
die mittlere Elektrode 8 und die Anschlußelektrode 10 ein
geschlossen.
Das Gehäuse 6 ist an seinem vorderen Ende mit einem Ge
windeabschnitt 13 versehen. Eine erste gebogene Erdungse
lektrode 16, die aus einem wärmebeständigen und korrosions
beständigen Material gefertigt ist, wie zum Beispiel einer
Nickellegierung, ist an einer Stirnseitenfläche 15 des Ge
häuses 6 befestigt. Die erste Erdungselektrode 16 ist an
ihrer Stirnseite 17 mit einer Stirnseitenelektrode 18 aus
Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, wie zum Bei
spiel Platin, versehen. Die untere Fläche
(Elektrodenfläche) 18a der Stirnseite der Stirnseitenelek
trode 18 liegt in Längsachsenrichtung der Zündkerze der
Elektrodenfläche 7a der Stirnseite (oberes Ende) der Stirn
seitenelektrode 7, die an der mittleren Elektrode 8 vorge
sehen ist, gegenüber. Die Strecke g1 zwischen den Elektro
denflächen 18a und 7a legt eine erste Funkenstrecke 20
fest.
Ein Paar von zweiten gebogenen Erdungselektroden 21,
die kleiner als die erste Erdungselektrode 16 ist, ist an
der Stirnseiten(oberes Ende)-Fläche 15 des Gehäuses 15 be
festigt, wobei bezüglich der ersten Erdungselektrode 16
eine Winkelphasendifferenz von 90 Grad besteht. Und zwar
liegen sich in Fig. 2A die zweiten Erdungselektroden 21 in
einer Ebene einschließlich des Blattes der Zeichnung (Fig.
2A) senkrecht zu einer Ebene gegenüber, die eine Mittel
achse der ersten Erdungselektrode 16 aufweist. Die Stirn
seitenflächen 21a der zweiten Erdungselektrode 21 liegen
den diametral entgegengesetzten Seitenflächen
(Wandabschnitten der Umfangsflächen) 8a der mittleren Elek
trode 8 gegenüber. Die Strecken g2 zwischen den Endflächen
21a und den Seitenflächen 8a legen zweite Funkenstrecken 22
fest. Es ist festzuhalten, daß die erste Erdungselektrode
16 und die zweiten Erdungselektroden 21 Breiten "A" (Fig.
2A) bzw. "B" (Fig. 2B) haben.
Hochspannung wird zwischen die Anschlußelektrode 10 und
das Gehäuse 6 angelegt und wird über eine Spannungsübertra
gungseinrichtung, die von der Anschlußelektrode 10, dem
leitfähigen Glas 11 und dem Widerstand 12 gebildet wird,
zur ersten und zweiten Funkenstrecke 20 und 22 übertragen.
Zur Erzeugung einer Zündkerze, deren Entladespannung
niedrig ist und die eine verbesserte Zündempfindlichkeit,
was gute Fahreigenschaften des Motors vorsieht, und einen
hohen Wärmewiderstand hat, wurden unterschiedliche Arten an
Referenzzündkerzen (Probezündkerzen) vorbereitet, um die
Entladespannung zu bewerten. Die Einzelheiten der Referenz
zündkerzen waren folgende: Die Breite "A" der ersten Er
dungselektroden 16 war 2,8 mm oder 2,4 mm (A = 2,8 mm oder
2,4 mm), die Breite "B" der zweiten Zündkerzen war von 0,5
mm bis 2,5 mm (B = 0,5 mm bis 2,5 mm), der Abstand der
ersten Funkenstrecken g1 war 1,1 mm (g1 = 1,1 mm) und der
Abstand der zweiten Funkenstrecken g2 war 1,3 mm (g2 = 1,3
mm). Darüber hinaus wurden, um einen negativen Einfluß von
Graten usw. zu beseitigen, die Umfangskante der Stirnseite
der Elektrodenfläche 7a der mittleren Elektrode 8 und die
Umfangskanten der Stirnseitenflächen 18a und 21a der ersten
und zweiten Erdungselektroden 16 und 21 abgephast. Die Meß
ergebnisse von 10 Experimenten sind in Fig. 3 gezeigt. In
den Experimenten wurde ein Vierzylindermotor mit 1800 cm³
verwendet, wobei die maximalen Entladespannungen, die in
den Zuständen ohne Last erhalten wurden, in denen das Dros
selventil vollständig geöffnet war und allgemein gesprochen
die Entladespannung maximal wird, dargestellt wurde, wie
sie in Fig. 3 gezeigt ist.
Fig. 3 kann entnommen werden, daß die Entladespannungen
bei der Breite von "A" der ersten Erdungselektrode 16 bei
2,8 mm und bei 2,4 mm ungefähr gleich waren und daß eine
Neigung dazu besteht, daß sich die Entladespannung verrin
gert, wenn sich der Wert von ΣBn/A verringert, wobei ΣBn
die Summe der Breite der zweiten Erdungselektroden dar
stellt und "n" die Anzahl der zweiten Erdungselektroden
darstellt. Insbesondere wurden, wenn ΣBn/A nicht größer als
1,5 ist (ΣBn/A 1,5), die Entladespannungen deutlich ver
ringert. Der Grund dafür liegt daran, daß die Konzentra
tionswirkung des starken Magnetfeldes in der Nähe der mitt
leren Elektrode 8 durch die zweiten Erdungselektroden 21
bedingt verbessert werden können und insbesondere die Kon
zentration unterstützt werden kann, wenn die Breite "B" der
zweiten Erdungselektroden 21 verringert ist. Die Anzahl der
zweiten Erdungselektroden ist nicht auf zwei beschränkt und
kann mehr als zwei betragen. Wenn zum Beispiel drei zweite
Erdungselektroden vorhanden sind, ist ΣBn = B1 + B2 + B3.
Die Experimente wurden ebenfalls durchgeführt, um den
Wärmewiderstand unter Verwendung der vorstehend genannten
Referenzzündkerzen zum Messen der Entladespannung zu mes
sen. Die experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.
In den Experimenten wurde das Zündzeitverhalten vorbewegt,
während der Motor mit 6000 U/min und bei Vollast angetrie
ben wurde, um das Zündzeitverhalten zu erfassen, bei der
das Frühzünden auftrat. In Fig. 4 wurde die Breite "B" der
zweiten Erdungselektroden 21 variiert, während die Breite
"A" der ersten Erdungselektrode 16 konstant und gleich 2,8
mm war (A = 2,8 mm). Wie es Fig. 4 entnommen werden kann,
wurde das Zündzeitverhalten, bei dem Frühzünden auftrat,
allmählich verzögert und der Wärmewiderstand wurde ver
schlechtert, wenn ΣBn/A erhöht wurde. Insbesondere besteht
eine Tendenz dahingehend, daß, wenn der Wert von ΣBn/A über
1,5 ist, der Wärmewiderstand deutlich verringert ist.
Als Ergebnis der Experimente wurde herausgefunden, daß
der Wert ΣBn/A gleich oder kleiner als 1,5 sein muß, um
eine Zündkerze umzusetzen, die beide Forderungen, sowohl
daß die Entladespannung niedrig ist und als auch daß der
Wärmewiderstand hoch ist, erfüllt.
Die Breite "B" der zweiten Erdungselektroden 21 sollte
vorzugsweise gleich oder größer als 0,75 mm sein, um einen
ausreichenden Korrosionswiderstand gegenüber dem verbrann
ten Hochtemperaturgas vorzusehen. Andererseits ist die
Breite "A" der ersten Erdungselektrode 16 vorzugsweise
nicht größer als 3,0 mm, um zu verhindern, daß die Zündemp
findlichkeit durch einen erhöhten Quench-Betrieb bedingt
verringert wird. Als Folgerung ist der Wert von ΣBn/A vor
zugsweise gleich oder oberhalb von 0,5.
Die folgende Erläuterung richtet sich auf Einrichtungen
zur Verbesserung der Zündempfindlichkeit. Zur Erhöhung der
Zündempfindlichkeit muß die erste Funkenstrecke 20 gemäß
Vorbeschreibung bestimmt werden. Zum Bewerten der Funken
strecke wurden Experimente durchgeführt, bei denen die
erste Funkenstrecke 20 (g1) von 0,8 mm bis 1,4 mm in einem
Intervall von 0,1 mm geändert wurde; die zweite Funken
strecke 22 (g2) wurde von 0,8 mm bis 1,8 mm in Intervallen
von 0,1 mm geändert. Um den Entladezustand der Zündkerzen
zu beobachten, wurde ein Motorsimulierstand verwendet, der
einen luftdichten Sichtbehälter hat, in dem Luft dicht ein
geschlossen ist. Es ist festzuhalten, daß bei den Experi
menten die Breite "A" der ersten Erdungselektrode 16 2,8 mm
betrug, die Breite "B" der zweiten Erdungselektroden 21 1,4
mm betrug und der Innendruck des luftdichten Behälters 4
kg/cm² betrug, was im wesentlichen der Entladespannung un
ter den normalen Motorantriebsbedingungen entspricht. Die
experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. In Fig.
5 stellen Punkte, die durch einen Kreis (⚫) angezeigt sind,
Bereiche dar, in denen der Funke durch die erste Funken
strecke 20 erzeugt wurde und die Entladespannung durch die
zweiten Erdungselektroden bedingt wirksam verringert war.
Wie es Fig. 5 entnommen werden kann, kann, wenn die Diffe
renz (g2 - g1) zwischen dem Abstand der zweiten Funken
strecken g2 und dem Abstand der ersten Funkenstrecke g1
größer als -0,1 mm ist, der Funken in der ersten Funken
strecke g1 erzeugt werden. Und zwar ist durch den Randef
fekt bedingt die Intensität des elektrischen Feldes an der
Stirnelektrodenfläche 7a der mittleren Elektrode 8 größer
als an der Umfangsseitenfläche 8a der mittleren Elektrode
8; als Folge wurde, selbst wenn die erste Funkenstrecke g1
um 0,1 mm größer als die zweite Funkenstrecke g2 ist, der
Funken in der ersten Funkenstrecke g1 erzeugt. Auch stellen
in Fig. 5 die Punkte, die durch ein Dreieck (Δ) angezeigt
sind, Bereiche dar, in denen die Verringerung der Entla
despannung durch die zweiten Erdungselektroden 21 bedingt
kaum erreicht wurde, da die zweiten Funkenstrecken g2 be
trächtlich größer als die erste Funkenstrecke g1 sind.
Dem vorstehenden kann entnommen werden, daß die folgen
de Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Funken
strecke g1 und g2 gefunden wurde, die die Forderungen be
züglich der Verbesserung der Zündempfindlichkeit spezifi
ziert, um dadurch eine Schwankung des Drehmoments des Mo
tors zu begrenzen und die Entladespannung, die durch die
zweiten Erdungselektroden 21 verursacht wird, zu verrin
gern.
-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
Wenn die mittlere Elektrode die erste Erdungselektrode
mit Stirnseitenelektroden versehen sind, die aus Edelmetall
oder einer Edelmetall-Legierung gefertigt sind, ist es all
gemein gesagt erforderlich, daß die Dauer (Lebensdauer) von
dieser größer als 100,000 km ist (zurückgelegte Entfer
nung). Zu diesem Zweck und unter Berücksichtigung der Erhö
hung der ersten Funkenstrecke g1, die durch den Abrieb der
Elektrodenspitzen verursacht wird, wird die vorstehend ge
nannte Beziehung vorzugsweise ersetzt durch:
0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
Die Niedrigtemperatur-Anfahrfähigkeit eines Motors un
ter Verwendung der Zündkerzen nach obigem Aufbau wird nach
stehend beschrieben. Beim Anwerfen vor dem Start der Ver
brennung beim Anlassen des Motors werden feine Teilchen an
eingespritztem Kraftstoff auf die Elektroden aufgebracht.
Wenn die aufgebrachten feinen Teilchen an Kraftstoff auf
den Elektroden gesammelt werden, kann die Funkenstrecke
durch die aufgeschichteten Kraftstoffteilchen überbrückt
werden. Das Auftreten der Brücke wird bei den zweiten Fun
kenstrecken g2 deutlicher, so daß die Anfahrfähigkeit des
Motors beträchtlich verschlechtert wird, was bisweilen zu
einem Versagen des Anlassens führt. Um dieses zu verhin
dern, wurden Experimente durchgeführt, bei denen die zwei
ten Funkenstrecken variiert wurden, um die Anfahrfähigkeit
zu bewerten, wodurch der Optimalwert der zweiten Funken
strecke bestimmt wurde.
Die experimentellen Ergebnisse sind in Fig. 6 gezeigt,
in der die Bewertung unter Verwendung einer kryogenischen
Testkammer bei -15°C ausgeführt wurde, was einem normalen
kalten Gebiet entspricht. Der verwendete Testmotor war ein
Vierzylinder-Motor mit 2000 cm³ für Kraftfahrzeuge. Die
verwendete Zündkerze war eine entsprechend dem vorstehend
genannten ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die erste
Funkenstrecke g1 auf 0,8 mm festgelegt war und die zweiten
Funkenstrecken g2 von 0,8 mm bis 1,2 mm in einem Intervall
von 0,1 mm verändert wurde. Auch war die Breite der zweiten
Erdungselektroden 2,0 mm bzw. die Breite der ersten Er
dungselektrode 2,8 mm.
Aus Fig. 6 wurde erkannt, daß keine Probleme bezüglich
der Anfahrfähigkeit auftreten, wenn die zweite Funken
strecke g2 nicht weniger als 0,9 mm betrug.
Wenn andererseits die zweite Funkenstrecke g2 kleiner
als 0,9 mm war, war die Anfahrfähigkeit deutlich ver
schlechtert. Der Grund dafür liegt gemäß Vorbeschreibung
darin, daß, wenn die zweite Funkenstrecke g2 klein ist, die
Brücke der Kraftstoffteilchen während des Anwerfens auftre
ten würde, so daß der Motor blockiert. Als Folge sollten
für ein normales kaltes Gebiet die zweiten Funkenstrecken
g2 gleich oder größer als 0,9 mm sein (g2 0,9 mm).
Fig. 7 zeigt experimentelle Ergebnisse in einer kryoge
nischen Testkammer bei -30°C, was einem extrem kalten Ge
biet entspricht.
In den Experimenten waren der Testmotor und die Zünd
kerzen die verwendet wurden, die gleichen, wie diese vor
stehend genannt sind. Aus den Experimenten wurde erkannt,
daß die Zündempfindlichkeit verschlechtert wurde, wenn die
zweite Funkenstrecke g2 nicht größer als 1,1 mm war. Als
Gründe dafür, daß die Anfahrfähigkeit verschlechtert wurde,
wenn die zweite Funkenstrecke g2 nicht größer als die
zweite Funkenstrecke bei der Temperatur von -15°C in den
vorstehend genannten Experimente war, kann angesehen wer
den, daß der Kraftstoff bei einer Temperatur von -30°C
nicht wirksam zerstäubt werden kann und die Durchmesser der
Kraftstoffteilchen groß sind; somit können die Kraftstoff
teilchen an den Elektrodenflächen einfach gesammelt werden,
woraus sich ein einfaches Auftreten von Kraftstoffbrücken
ergibt. Als Folge muß, um eine gute Anfahrfähigkeit in ex
trem kalten Gebieten sicherzustellen, die folgende Bezie
hung erfüllt sein:
g2 1,1 mm.
Die Bewertungsexperimente wurden für die erste Funken
strecke, die gleich 1,2 mm war, bei der Temperatur von
-15°C oder -30°C durchgeführt; ähnliche Ergebnisse wurden
erhalten.
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Vorderansicht eines
Hauptabschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels der vor
liegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind an
ders als im ersten Ausführungsbeispiel keine Edelmetall
spitzen oder Edelmetallegierungsspitzen an der Stirnseite
der mittleren Elektrode 8 oder der ersten Erdungselektrode
16 vorgesehen. Dennoch konnten die gleichen Wirkungen wie
beim ersten Ausführungsbeispiel als Ergebnis der Experi
mente erhalten werden, die auf die gleiche Weise wie im
ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wurden.
Im allgemeinen ist für eine Zündkerze, bei der die
Stirnseite der mittleren Elektrode und die Stirnseite der
Erdungselektrode nicht mit Edelmetallspitzen oder Edelme
tallegierungsspitzen versehen sind, die Dauer (Lebensdauer)
von mehr als 50,000 km (zurückgelegte Entfernung) erforder
lich. Im Hinblick auf eine Vergrößerung der ersten Funken
strecke g1 durch den Abrieb der Elektrode bedingt sollte
die folgende Beziehung vorzugsweise erfüllt sein:
0,2 mm g2 - g1 0,4 mm.
Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Vorderansicht eines
Hauptabschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels der vor
liegenden Erfindung. Im dritten Ausführungsbeispiel ist der
Stirnseitenabschnitt X′ der mittleren Elektrode 8, der vom
Ende des Isolators 3 benachbart zu einer Brennkammer (nicht
gezeigt) nach außen (nach oben) vorsteht, aus wärmebestän
digem Edelmetall gefertigt, wie zum Beispiel Iridium
(Draht) oder einer Iridiumlegierung (Draht). Ebenfalls ist
die Stirnseitenelektrode 18 der ersten Erdungselektrode 16
aus einer Platinspitze wie im ersten Ausführungsbeispiel
gefertigt. Als Ergebnis der Experimente, die auf die glei
che Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wur
den, konnten ähnliche Effekte erhalten werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, da die
zweiten Erdungselektroden in Verbindung mit der ersten Er
dungselektrode gemäß Vorbeschreibung vorgesehen sind, die
Oberfläche mit gleicher Spannung um die mittlere Elektrode
herum konzentriert, um die Intensität des elektrischen Fel
des zu erhöhen; somit kann der Funken in der ersten Funken
strecke, die durch die mittlere Elektrode und die erste Er
dungselektrode definiert ist, einfach erzeugt werden. Dar
über hinaus kann entsprechend der vorliegenden Erfindung,
da die Breite der ersten Erdungselektrode und die Breite
der zweiten Erdungselektroden so bestimmt ist, daß diese
eine spezifische Beziehung gemäß Vorbeschreibung haben, die
Intensität des elektrischen Feldes, wenn zweite Erdungs
elektroden verwendet werden, deren Breite kleiner als die
der herkömmlichen zweiten Erdungselektrode sind, durch den
Randeffekt der zweiten Erdungselektroden bedingt weiter er
höht werden.
Ferner kann entsprechend der vorliegenden Erfindung die
Niedrigtemperatur-Anfahrfähigkeit in einem kalten Gebiet
oder einem extrem kalten Gebiet verbessert werden.
Schließlich ist verständlich, daß zahlreiche Abwandlun
gen und Änderungen für den Fachmann auftreten können, ohne
das von der Wesensart und dem Geltungsbereich der beilie
genden Ansprüche abgewichen wird.
Es wird somit eine Zündkerze für einen Verbrennungsmo
tor vorgesehen, wobei unter der Annahme, daß der Abstand
der ersten Funkenstrecke, die durch eine mittlere Elektrode
und eine erste Erdungselektrode, deren Breite "A" ist und
die der mittleren Elektrode axial gegenüberliegt, definiert
ist, g1 ist bzw. eine zweite Funkenstrecke, die durch die
mittlere Elektrode und zumindest eine zweite Erdungselek
trode, deren Breite "B" ist und die der Seitenfläche der
mittleren Elektrode gegenüberliegt, g2 ist, der Beziehung,
die durch 0,5 ΣBn/A 1,5 definiert ist, genügt wird, wo
bei "n" die Anzahl der zweiten Erdungselektroden darstellt,
um die Entladespannung der Zündkerze zu verringern und
einen hohen Wärmewiderstand aufrechtzuerhalten. Vorzugs
weise genügt die Zündkerze der Beziehung, die durch 0,1 mm
g2 - g1 0,4 mm definiert ist, um die Zündempfindlich
keit der Zündkerze zu verbessern.
Claims (23)
1. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die auf
weist:
einen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch (2),
eine mittlere Elektrode (8), die in einem Ende des Durchgangsloches (2) gehalten wird,
einer Spannungsübertragungseinrichtung (10, 11, 12), die im anderen Ende des Durchgangsloches (2) vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode (8) elektrisch verbunden ist,
ein Gehäuse (6), in dem der Isolator (3) gehalten wird,
eine erste Erdungselektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch ver bunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirn seite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) definiert, und
zumindest eine zweite Erdungselektrode (21), die an ihrem einen Ende mit dem Gehäuse (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elektrode (8) eine zweite Funkenstrecke (22) de finiert,
wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Er dungselektrode (16) "A" ist, die Breite der zweiten Erdungselektrode (21) "B" ist, die Breite der ersten Fun kenstrecke (21) g1 ist bzw. der Abstand der zweiten Funken strecke (22) g2 ist, die folgende Beziehung hergestellt ist: 0,5 ΣBn/A 1,5("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden (21) dar)-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
einen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch (2),
eine mittlere Elektrode (8), die in einem Ende des Durchgangsloches (2) gehalten wird,
einer Spannungsübertragungseinrichtung (10, 11, 12), die im anderen Ende des Durchgangsloches (2) vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode (8) elektrisch verbunden ist,
ein Gehäuse (6), in dem der Isolator (3) gehalten wird,
eine erste Erdungselektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch ver bunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirn seite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) definiert, und
zumindest eine zweite Erdungselektrode (21), die an ihrem einen Ende mit dem Gehäuse (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mittleren Elektrode (8) eine zweite Funkenstrecke (22) de finiert,
wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Er dungselektrode (16) "A" ist, die Breite der zweiten Erdungselektrode (21) "B" ist, die Breite der ersten Fun kenstrecke (21) g1 ist bzw. der Abstand der zweiten Funken strecke (22) g2 ist, die folgende Beziehung hergestellt ist: 0,5 ΣBn/A 1,5("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden (21) dar)-0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
2. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei zumindest die erste Erdungselektrode (16)
oder die mittlere Elektrode (8) mit einem Stirnseitenelek
trodenabschnitt (18, 7) versehen ist, der aus Edelmetall
oder einer Edelmetall-Legierung gefertigt ist.
3. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei die mittlere Elektrode (8) und die erste
Erdungselektrode (16) mit Stirnseitenelektrodenabschnitten
(7, 18) versehen sind, die aus Edelmetall oder einer Edel
metall-Legierung gefertigt sind, und wobei die erste Fun
kenstrecke g1 und die zweite Funkenstrecke g2 die folgende
Beziehung erfüllen:
0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
4. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 2, wobei die erste Funkenstrecke g1 und die zweite
Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen:
0,1 mm g2 - g1 0,4 mm.
5. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei die erste Funkenstrecke g1 und die zweite
Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen:
0,2 mm g2 - g1 0,4 mm.
6. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 2, wobei die erste Funkenstrecke g1 und die zweite
Funkenstrecke g2 die folgende Beziehung erfüllen:
0,2 mm g2 - g1 0,4 mm.
7. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 0,9 mm.
8. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 2, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 0,9 mm.
9. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 3, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 0,9 mm
10. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 4, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 0,9 mm.
11. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 1,1 mm.
12. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 2, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 1,1 mm.
13. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 3, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 1,1 mm.
14. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 4, wobei die zweite Funkenstrecke die folgende Be
ziehung erfüllt:
g2 1,1 mm.
15. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht
oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.
16. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 2, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht
oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.
17. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 3, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) zu versehen ist, die aus einem
Metallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platin
legierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht
oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.
18. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 4, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Iridiumdraht
oder einem Iridiumlegierungsdraht gefertigt ist.
19. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 1, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder
einer Platinlegierung gefertigt ist.
20. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 2, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder
einer Platinlegierung gefertigt ist.
21. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 3, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder
einer Platinlegierung gefertigt ist.
22. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor nach An
spruch 4, wobei die erste Erdungselektrode (16) mit einer
Stirnseitenelektrode (18) versehen ist, die aus einem Me
tallmaterial gefertigt ist, das aus Platin, einer Platinle
gierung, Iridium und einer Iridiumlegierung ausgewählt
wurde, und wobei die mittlere Elektrode (8) mit einer
Stirnseitenelektrode (7) versehen ist, die aus Platin oder
einer Platinlegierung gefertigt ist.
23. Zündkerze (1) für einen Verbrennungsmotor, die
aufweist:
einen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch (2),
eine mittlere Elektrode (8), die in einem Ende des Durchgangslochs (2) gehalten wird,
eine Spannungsübertragungseinrichtung (10, 11, 12), die im anderen Ende des Durchgangslochs (2) vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode (8) elektrisch verbunden ist,
ein Gehäuse (6), in dem der Isolator (3) gehalten wird,
eine erste Erdungselektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch ver bunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirn seite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) definiert, und
zumindest eine zweite Erdungselektrode (21), die an ih rem einen Ende mit dem Gehäuse (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mitt leren Elektrode (8) eine zweite Funkenstrecke (22) defi niert, wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Erdungselektrode (16) "A" ist und die Breite der zweiten Erdungselektrode (21) "B" ist, der folgenden Beziehung ge nügt wird: 0,5 ΣBn/A 1,5("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden (21) dar)
und wobei die erste Funkenstrecke (21) und die zweite Funkenstrecke (22) so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der ersten Funkenstrecke (21) erzeugt werden kann.
einen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch (2),
eine mittlere Elektrode (8), die in einem Ende des Durchgangslochs (2) gehalten wird,
eine Spannungsübertragungseinrichtung (10, 11, 12), die im anderen Ende des Durchgangslochs (2) vorgesehen ist und mit der mittleren Elektrode (8) elektrisch verbunden ist,
ein Gehäuse (6), in dem der Isolator (3) gehalten wird,
eine erste Erdungselektrode (16), die an ihrem einen Ende mit einer Stirnfläche des Gehäuses (6) elektrisch ver bunden ist und am anderen Ende zusammen mit einer Stirn seite der mittleren Elektrode (8) eine erste Funkenstrecke (20) definiert, und
zumindest eine zweite Erdungselektrode (21), die an ih rem einen Ende mit dem Gehäuse (6) elektrisch verbunden ist und am anderen Ende zusammen mit der Seitenfläche der mitt leren Elektrode (8) eine zweite Funkenstrecke (22) defi niert, wobei unter der Annahme, daß die Breite der ersten Erdungselektrode (16) "A" ist und die Breite der zweiten Erdungselektrode (21) "B" ist, der folgenden Beziehung ge nügt wird: 0,5 ΣBn/A 1,5("n" stellt die Anzahl der zweiten Erdungselektroden (21) dar)
und wobei die erste Funkenstrecke (21) und die zweite Funkenstrecke (22) so bestimmt sind, daß ein Funken nur in der ersten Funkenstrecke (21) erzeugt werden kann.
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: DENSO CORP., KARIYA, AICHI, JP |
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R071 | Expiry of right |