DE19650728A1 - Zündkerze - Google Patents
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- DE19650728A1 DE19650728A1 DE19650728A DE19650728A DE19650728A1 DE 19650728 A1 DE19650728 A1 DE 19650728A1 DE 19650728 A DE19650728 A DE 19650728A DE 19650728 A DE19650728 A DE 19650728A DE 19650728 A1 DE19650728 A1 DE 19650728A1
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze klei
ner Größe und großer Haltbarkeit, welche zur Verwendung in
Verbrennungsmotoren von Automobilen und dergleichen geeig
net ist.
In Benzinmotoren verwendete Zündkerzen besitzen übli
cherweise wie in Fig. 3 dargestellt einen Isolator 2, wel
cher eine aus einer Nickellegierung gebildete Mittenelek
trode 3 bedeckt, ein Paßstück 1, welches um den Rand des
Isolators 2 angepaßt ist, eine Erdungselektrode 4, welche
an dem Ende des Paßstücks 1 vorgesehen ist, und eine Edel
metallspitze 52, welche an der Spitze der Erdungselektrode
4 vorgesehen ist, und sind derart entworfen, daß ein Zünd
strom in der Entladungslücke 6 zwischen der Edelmetall
spitze 52 und der Mittenelektrode 1 fließt, wodurch eine in
einer Verbrennungskammer komprimierte Gasmischung durch die
dadurch gebildete elektrische Entladung gezündet wird.
Jedoch wenn die Mittenelektrode 1 lediglich aus einer
Nickellegierung besteht, ist die Abnutzungsrate extrem
hoch, wodurch es erschwert wird, eine lange haltbare Zünd
kerze vorzusehen.
Somit werden lange haltbare Zündkerzen durch Schweißen
einer Platinspitze 51 als Edelmetallmaterial auf den Entla
dungsabschnitt der aus der Nickellegierung gebildeten Elek
trode erzeugt.
In den vergangenen Jahren wurde bei Verbrennungsmotoren
die Ventilgröße erhöht, und es wurden für eine größere Aus
gangsleistung und eine größere Fahrstrecke eine größere An
zahl von Ventilen verlangt, wodurch der zum Anbringen der
Zündkerzen verfügbare Raum reduziert wurde, was zu dem Er
fordernis von Zündkerzen mit kleinerer Größe führte.
Insbesondere müssen bei Zündkerzen, die in Motorrädern und
kompakten Automobilen verwendet werden, der Gewindedurch
messer bei etwa 12 mm oder darunter liegen.
Im Angesicht dieser Umstände ist es nötig, Zündkerzen
kleinerer Größe herzustellen, bei welchen die Elektroden
mit aus Iridium und Iridiumlegierungen gebildeten Edelme
tallspitzen verschweißt sind, um eine überlegene Abnut
zungswiderstandsfähigkeit vorzusehen.
Die Veröffentlichungsschrift der japanischen nicht ge
prüften Patentanmeldung Nr. 2-49388 offenbart eine Zünd
kerze, bei welcher eine Edelmetallspitze 51 verwendet wird,
welche aus Ir oder Ir-Legierungen gebildet ist, welche eine
größere Widerstandsfähigkeit als Pt oder Pt-Legierungen
aufweisen.
Es wurden (von den Erfindern der vorliegenden Erfin
dung) Versuche unternommen, eine Edelmetallspitze 51 einer
kleinen Größe und mit einer Abnutzungswiderstandsfähigkeit
unter Verwendung von Ir und Ir-Legierungen zu bilden, wobei
die Edelmetallspitze 51 zur Verwendung in Zündkerzen klei
ner Größe bestimmt war.
Die Versuche führten jedoch zu dem Ergebnis, daß mit
den Edelmetallspitzen 51, welche aus Ir oder Ir-Legierungen
gebildet wurden, versehene Zündkerzen kleiner Größe häufig
"Seitenfunken" bilden, welche in den Hohlraum 7 zwischen
der inneren Wand des Paßstücks 1 und der äußeren Wand oder
dem Gehäuse des Isolators 2 während des Betriebs austreten,
und diese Seitenfunken reduzieren drastisch die Ansteue
rungscharakteristik wie die Leerlaufstabilität und Be
schleunigung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zünd
kerze unter Verwendung von Iridium oder Iridiumlegierungen
vorzusehen, bei welcher die Bildung von Seitenfunken trotz
einer kleinen Größe minimiert ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des
Anspruchs 1.
Es wurde (von den Erfindern der vorliegenden Erfindung)
herausgefunden, daß sich eine wesentliche Bildung von Sei
tenfunken bei Iridium- oder Iridiumlegierungsspitzen aus
folgenden Gründen zeigt.
Insbesondere erzeugt Platin, dessen Schmelzpunkt um
etwa 700°K niedriger als derjenige von Iridium liegt,
große geschmolzene und angehäufte Teile auf der Entladungs
oberfläche infolge der Zündenergie und der hohen Temperatur
des Verbrennungsgases. Die Erzeugung dieser Teilchen
schafft Unregelmäßigkeiten auf der Elektrodenoberfläche.
Die Bildung dieser Unregelmäßigkeiten führt zu einer größe
ren Elektrolyse, wodurch eine frühere Funkenentladung auf
tritt.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine aus Iridium
gebildete Zündkerze kleiner Größe bereit, bei welcher na
hezu keine Seitenfunken erzeugt werden, als Maßnahme dage
gen, daß sonst aus Iridiummaterialien gebildete Zündkerzen
kleiner Größe gegenüber herkömmlichen Platinspitzen ein
spürbar häufigeres Auftreten von Seitenfunken zeigen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zünd
kerze, welche folgende Komponenten aufweist:
eine aus einer Ni-Legierung gebildete Mittenelektrode (3) mit einem Spitzenabschnitt (3a);
einen Isolator (2), welcher den Rand der Mittenelek trode (3) derart bedeckt, daß der Spitzenabschnitt (3a) der Mittenelektrode (3) bloßgelegt ist, wobei der Isolator ebenfalls ein Spitzenabschnitt (2b) aufweist;
ein Paßstück (1), welches den Rand des Isolators (2) umgibt und ein Gewinde auf der Außenseite bildet, wobei ein Hohlraum (7) zwischen dem Paßstück (1) und dem Isolator (2) gebildet ist und der Spitzenabschnitt (2a) des Isolators (2) bloßgelegt ist;
eine Edelmetallspitze (51), die aus Ir oder einer Ir- Legierung gebildet ist und auf dem Spitzenabschnitt (3b) der Mittenelektrode (3) vorgesehen ist; und
eine Erdungselektrode (4), welche an dem Paßstück (1) befestigt ist und getrennt und gegenüberliegend der Edelme tallspitze (51) und der Entladungslücke (6) angeordnet ist;
wobei folgende Beziehungen gelten
0,9 mm A 1,35 mm,
(10/9) A B,
1,0 mm C 2,5 mm,
10 mm D 12 mm,
2,0 mm F 2,7 mm,
0,6 mm G 0,9 mm,
0,3 mm H 1,0 mm, und
A die Länge der Entladungslücke (6), B die Breite des Hohlraums (7), C die Vorsprungslänge des Isolators (2) be züglich des Paßstücks (1), D der äußere Durchmesser des Ge windeabschnitts des Paßstücks (1), F der Durchmesser des Spitzenabschnitts (3b) der Mittenelektrode (3), G der Durchmesser des Endes der Edelmetallspitze (51) und H die Vorsprungshöhe der Edelmetallspitze (51) bezüglich der Mittenelektrode (3) darstellen.
eine aus einer Ni-Legierung gebildete Mittenelektrode (3) mit einem Spitzenabschnitt (3a);
einen Isolator (2), welcher den Rand der Mittenelek trode (3) derart bedeckt, daß der Spitzenabschnitt (3a) der Mittenelektrode (3) bloßgelegt ist, wobei der Isolator ebenfalls ein Spitzenabschnitt (2b) aufweist;
ein Paßstück (1), welches den Rand des Isolators (2) umgibt und ein Gewinde auf der Außenseite bildet, wobei ein Hohlraum (7) zwischen dem Paßstück (1) und dem Isolator (2) gebildet ist und der Spitzenabschnitt (2a) des Isolators (2) bloßgelegt ist;
eine Edelmetallspitze (51), die aus Ir oder einer Ir- Legierung gebildet ist und auf dem Spitzenabschnitt (3b) der Mittenelektrode (3) vorgesehen ist; und
eine Erdungselektrode (4), welche an dem Paßstück (1) befestigt ist und getrennt und gegenüberliegend der Edelme tallspitze (51) und der Entladungslücke (6) angeordnet ist;
wobei folgende Beziehungen gelten
0,9 mm A 1,35 mm,
(10/9) A B,
1,0 mm C 2,5 mm,
10 mm D 12 mm,
2,0 mm F 2,7 mm,
0,6 mm G 0,9 mm,
0,3 mm H 1,0 mm, und
A die Länge der Entladungslücke (6), B die Breite des Hohlraums (7), C die Vorsprungslänge des Isolators (2) be züglich des Paßstücks (1), D der äußere Durchmesser des Ge windeabschnitts des Paßstücks (1), F der Durchmesser des Spitzenabschnitts (3b) der Mittenelektrode (3), G der Durchmesser des Endes der Edelmetallspitze (51) und H die Vorsprungshöhe der Edelmetallspitze (51) bezüglich der Mittenelektrode (3) darstellen.
Insbesondere besitzt die Zündkerze der vorliegenden Er
findung eine kleine Größe mit einem Gewindeaußendurchmesser
von D gleich 12 mm oder darunter, oder mit einem
herstellungsbedingten Gewindeaußendurchmesser D von 10 mm
oder darüber. Die Edelmetallspitze (51) ist ebenfalls aus
Ir oder einer Ir-Legierung mit einem hohem Schmelzpunkt ge
bildet, so daß die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der Edel
metallspitze (51) verbessert wird und eine Langzeitverwen
dung trotz der kleinen Größe ermöglicht wird. Diese Kon
struktion sieht eine erfindungsgemäße Zündkerze mit kleiner
Größe und großer Haltbarkeit vor.
Darüber hinaus ist der Betrag des für die Edelmetall
spitze (51) verwendeten und verbrauchten Materials mini
miert, da die Konstruktion derart gestaltet ist, daß der
Isolator (2) den Rand der Mittenelektrode (3) bedeckt, wäh
rend der Spitzenabschnitt (3a) der Mittenelektrode (3)
bloßgelegt ist, wobei die Edelmetallspitze (51) an dem
Spitzenabschnitt (3a) befestigt ist, während die auf dem
Isolator (2) gehaltene Mittenelektrode (3) aus einer Ni-
Legierung gebildet ist und lediglich die Edelmetallspitze
(51), welche der Funkenentladung dient, aus höchst
abnutzungsbeständigem Ir oder einer Ir-Legierung gebildet
ist.
Die Zündkerze mit kleinerer Größe und größerer Lebens
dauer, welche mit geringerem Aufwand hergestellt werden
kann, besitzt die folgenden Größenbeschränkungen.
Es wurde von den Erfindern der vorliegenden Erfindung
herausgefunden, daß, wenn der Durchmesser F der Mittenelek
trode (3) kleiner als 2,0 mm ist, die Abdeckung der Edelme
tallspitze (51) es ermöglicht, daß sich Hitze von den elek
trischen Funken und dem Verbrennungsgas auf die Mittenelek
trode (3) zu bewegt und somit die Hitze auf die Edelmetall
spitze (51) beschränkt ist, was zu einer geringen Abnut
zungswiderstandsfähigkeit der Edelmetallspitze (51) führt.
Die obere Grenze für F beträgt 2,7 mm. Entsprechend der
vorliegenden Erfindung gilt 2,0 mm F 2,7 mm.
Es wurde des weiteren herausgefunden, daß, wenn der
Enddurchmesser G der Edelmetallspitze (51) kleiner als 0,6
mm ist, die Temperatur der Edelmetallspitze (51) weiter er
höht ist, wodurch die Abnutzungswiderstandsfähigkeit
beeinträchtigt wird und die Zündkerze für eine lange Zeit
dauer unbrauchbar gemacht wird.
Es wurde des weiteren herausgefunden, daß Ir und Ir-Le
gierungen hart und spröde sind, ein kleiner Enddurchmesser
G die Edelmetallspitze (51) anfällig macht, während der
Herstellung zerstört zu werden, wodurch die Produktivität
und Haltbarkeit beeinträchtigt werden und praktische
Schwierigkeiten erzeugt werden. Daher besitzt entsprechend
der vorliegenden Erfindung der Enddurchmesser G der Edelme
tallspitze (51) die Beschränkung von 0,6 G mm.
Des weiteren wurde herausgefunden, daß, wenn die Vor
sprungshöhe H der Edelmetallspitze (51) bezüglich der Mit
tenelektrode (3) kleiner als 0,3 mm ist, die Zündfähigkeit
davon nicht spürbar beeinträchtigt ist. Obwohl darüber hin
aus keine Schwierigkeiten bezüglich springender Funken oder
der Zündfähigkeit sogar dann auftreten, wenn H größer als
1,0 mm ist, da die Edelmetallspitze aus harten und spröden
reinem Iridium oder einer Iridiumlegierung gebildet ist,
treten darüber hinaus Schwierigkeiten einer geringen Bear
beitbarkeit und einer Unbequemlichkeit bei dem Herstel
lungsverfahren der Edelmetallspitze auf, was ein Hemmnis
für die Massenproduktion der Zündkerze darstellt. Entspre
chend der vorliegenden Erfindung gilt somit 0,3 mm H
1,0 mm.
Für den Fall der lange haltbaren kostengünstigen Zünd
kerzen kleiner Größe mit Dimensionen in dem oben spezifi
zierten Bereich wurden Größenbereiche, welche effektiv Sei
tenfunken verhindern, experimentell bestimmt.
Zuerst einmal wurde experimentell bestätigt, daß, wenn
der Enddurchmesser G der Edelmetallspitze (51) größer als
0,9 mm ist, sich eine größere Neigung zur Bildung von "Sei
tenfunken" ergibt, welche elektrische Funken darstellen,
die zwischen der Mittenelektrode (3) und dem Paßstück (1)
auftreten.
Somit gilt für die Zündkerze der vorliegenden Erfin
dung:
G 0,9 mm,
um die Bildung von Seitenfunken wirksam zu verhindern.
Es wurde darüber hinaus experimentell wie unten darge
legt bestätigt, daß, wenn die Länge A der Entladungslücke
(6) einer als 0,9 mm ist, die Zündfähigkeit beeinträch
tigt ist.
Somit gilt für die Zündkerze der vorliegenden Erfin
dung:
0,9 A mm,
um eine Beeinträchtigung der Zündfähigkeit zu verhin
dern.
Des weiteren wurde wie unten dargelegt experimentell
bestätigt, daß wenn die Breite B (mm) des Hohlraums (7)
kleiner als (10/9) x A ist, eine größere Neigung zur Bil
dung von Seitenfunken vorliegt.
Somit gilt für die Zündkerze der vorliegenden Erfin
dung:
(10/9) x A B
um die Bildung von Seitenfunken wirksam zu verhindern.
Ferner wurde wie unten dargelegt experimentell bestä
tigt, daß, wenn die Vorsprungslänge C des Isolators (2)
bezüglich des Paßstücks (1) 1,0 mm oder weniger beträgt,
eine größere Neigung zur Bildung von Seitenfunken vorliegt.
Somit gilt für die Zündkerze der vorliegenden Erfin
dung:
1,0 C mm,
um die Bildung von Seitenfunken wirksam zu verhindern.
Es gibt keine bestimmte obere Grenze der Vorsprungs
höhe, und bis zu 2,5 mm treten auf gar keinen Fall
Schwierigkeiten auf.
Ebenfalls ist die Breite B des Hohlraums auf 1,5 mm bei
einem Gewindedurchmesser von 12 mm beschränkt. In diesem
Fall beträgt der obere Wert für A 1,35 gegenüber B (10/9)
x A.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Er
findung besteht die Edelmetallspitze (51) aus einer Ir-
Legierung, die eine Mischung aus Ir und einem oder mehrerer
Edelmetalle enthält, die aus Pt, Pd, Rh und Ru gewählt
sind, und entsprechend einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung besteht die Edelmetallspitze (51)
aus einer Ir-Legierung, welche eine Mischung aus einem oder
mehrerer Stoffe enthält, die aus Ni, W, Si, Y₂O₃ und ZrO₂
gewählt sind, mit Ir oder der Ir-Legierung entsprechend der
einen Ausführungsform.
Die aus einem derartigen Material gebildete Edelmetall
spitze (51) besitzt eine hervorragende
Abnutzungswiderstandsfähigkeit, wodurch die Lebensdauer der
Zündkerze verlängert werden kann.
Wie oben dargelegt ist die vorliegende Erfindung nicht
nur durch die Dimensionen (A, B und C), welche sich direkt
auf Seitenfunken beziehen, sondern ebenfalls durch die Be
ziehung zwischen den Größen (G und H), welche die Neigung
für Funken bestimmen, bei Iridiummaterialien aufzutreten,
und den Größen (A, B und C) bestimmt, welche direkt auf
Seitenfunken bezogen sind.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be
schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine partielle Querschnittsansicht einer
Zündkerze, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Er
findung darstellt.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmli
chen Zündkerze.
Fig. 4 zeigt einen Graphen, welcher die Bestimmung bzw.
Abschätzung der Zündfähigkeit darstellt.
Fig. 5 A bis 5 C zeigen Graphen, welche die Rate des
Auftretens von Seitenfunken darstellen.
Fig. 6 A zeigt einen Graphen, welcher die Spannungswel
lenform zu normalen Zeitpunkten darstellt, und Fig. 6 B
zeigt einen Graphen, welcher die Spannungswellenform wäh
rend des Auftretens von Seitenfunken darstellt.
Fig. 7 stellt das Auftreten von Seitenfunken mit einer
aus Pt oder aus Ir gebildeten Endspitze dar.
Fig. 8 zeigt einen Graphen, welcher die Bestimmung der
Abnutzungswiderstandsfähigkeit darstellt.
Im folgenden werden Zündkerzen entsprechend der Ausfüh
rungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1
und 2 erläutert.
Entsprechend Fig. 1 stellt Bezugszeichen 1 ein zylin
drisches Paßstück dar, welches aus einem
korrosionsbeständigen, leitenden Metall (Eisenlegierung)
gebildet ist und mit einem Gewindeabschnitt 1a zur
Anbringung an einem nicht dargestellten Motorblock versehen
ist. Diese Ausführungsform einer Zündkerze stellt eine
Zündkerze kleiner Größe mit einem Gewindeaußendurchmesser D
des Gewindeabschnitts 1a von weniger als 12 mm dar. Aus
Herstellungsgründen beträgt der Gewindeaußendurchmesser D
mindestens 10 mm.
Ein aus Aluminiumkeramik (Al₂O₃) gebildeter Isolator 2
ist innerhalb des Paßstücks 1 befestigt, und eine Mittene
lektrode 3 ist an der axialen Öffnung 2a des Isolators 2
angebracht. Der Spitzenabschnitt 2b des Isolators 2 ist
derart bestimmt, daß er über das Paßstück 1 hinausragt. Die
Mittenelektrode 3 ist als Zylinder ausgebildet, welcher aus
einem stark hitzeleitenden Metall wie Cu im Inneren und ei
nem hitzebeständigen, korrosionsbeständigen, leitenden Me
tall wie einer Ni-Legierung außen gebildet und wie in Fig.
3 dargestellt derart konstruiert ist, daß der Spitzenab
schnitt 3a gegenüber dem Spitzenabschnitt 2b des Isolators
2 bloßgelegt ist.
Der Bereich um die Mittenelektrode 3 herum an der Posi
tion entsprechend dem Vorsprungsende 2c des Isolators 2
bildet einen leicht geringeren Durchmesser. Dadurch wird
eine Beschädigung des Isolators 2 durch den äußeren Rand
der Mittenelektrode 3 verhindert, welcher das Vorsprungs
ende 2c des Isolators 2 berührt.
Eine Massenelektrode 4 ist ebenfalls an dem einen Ende
des Paßstücks 1 durch Schweißen befestigt. Diese Massene
lektrode 4 ist aus einem Metall wie einer Ni-Legierung ge
bildet, welche hitzewiderstandsfähig,
korrosionswiderstandsfähig und leitend ist, und sie ist
getrennt von und gegenüberliegend dem Spitzenabschnitt 3a
der Mittenelektrode 3 und der Entladungslücke 6 ,angeordnet.
Eine Edelmetallspitze 51 ist ebenfalls auf dem
Spitzenabschnitt 3a der Mittenelektrode 3 vorgesehen.
Insbesondere wird entsprechend Fig. 2 die Edelmetallspitze
51 in ein Loch 3b eingesetzt, welches in dem
Spitzenabschnitt 3a der Mittenelektrode 3 gebildet ist, und
danach wird der Rand des Spitzenabschnitts 3a der
Mittenelektrode 3 verstemmt bzw. aufgespreizt, um die
Edelmetallspitze 51 in dem Loch 3b zu verankern, nachdem
zur Bildung einer geschweißten Schicht 8 zwischen der
Mittenelektrode 3 und der Edelmetallspitze 51 zur Sicherung
der Verankerung ein Laserschweißen durchgeführt worden ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist ein Zylinderabschnitt 3c
mit einem Durchmesser, der kleiner als der Mittenabschnitt
ist, an dem Spitzenabschnitt 3a der Mittenelektrode 3 ge
bildet. Dies gestattet die Bildung einer Schweißschicht 8,
welche die Mittenelektrode 3 und die Edelmetallspitze 51
gleichförmig zusammenschweißt, da das Laserlicht den äuße
ren Rand des Zylinderabschnitts 3c während des
Laserschweißens senkrecht überstreicht, wodurch ein
sichereres Verankern der Edelmetallspitze 51 an dem
Spitzenabschnitt 3a der Mittenelektrode 3 erzielt wird.
Darüber hinaus ist eine andere Edelmetallspitze 52 durch
Widerstandsschweißen an dem Abschnitt 4a der Masseelektrode
4 entsprechend dem Spitzenabschnitt 3a der Mittenelektrode
3 verankert. Diese Edelmetallspitze 52 bildet somit ein
Teil der Massenelektrode 4.
Die Edelmetallspitzen 51, 52 sind zylindrisch ausgebil
det und aus Edelmetallen mit hoher
Hitzewiderstandsfähigkeit, Korrosionswiderstandsfähigkeit,
Leitfähigkeit und hohem Schmelzpunkt gebildet. Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist die Edelmetallspitze 51 aus
Ir oder einer Ir-Legierung, welche einen hohen Schmelzpunkt
aufweisen, gebildet, während die Edelmetallspitze 52 aus
einer Pt-Legierung wie Pt/20 Gewichtsprozent Ir/2 Gewichts
prozent Ni (hiernach als Pt-20Ir-2Ni bezeichnet) gebildet
ist.
Vor kurzem entwickelte Motoren besitzen geringere Mo
tordrehzahlen während des Leerlaufs und ein höheres
Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luftvolumen/Kraftstoffvolumen)
für eine effizientere Verwendung von Kraftstoff. Dement
sprechend sind hervorragende Zündkerzen diejenigen Zündker
zen mit einer guten Zündfähigkeit sogar bei einem Vorliegen
eines hohen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (geringe Kraft
stoffkonzentration) während des Leerlaufs.
Die Ergebnisse der Bestimmung bzw. Abschätzung der
Zündfähigkeit der Zündkerze wird im folgenden unter Bezug
nahme auf Fig. 4 erörtert.
Die für diese Bestimmung verwendete Zündkerze war eine
Zündkerze derart, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, wobei
der Gewindeaußendurchmesser D 12 mm, die Vorprungshöhe H
der Edelmetallspitze 51 bezüglich der Mittenelektrode 3 0,3
mm, die Breite B des Hohlraums 7 1,7 mm, die Vorsprungs
länge C des Isolators bezüglich des Paßstücks 1 2,0 mm, der
Spitzendurchmesser E des Isolators 2 4,6 mm und der
Durchmesser F der Mittenelektrode 3 in der Nähe des Spit
zenabschnitts 2b des Isolators 2 2,5 mm betrugen; die Edel
metallspitze 51 an der Seite der Mittenelektrode 3 war aus
Ir gebildet.
Die Edelmetallspitze 52 war aus Pt-20Ir-2Ni gebildet,
der Spitzendurchmesser betrug 0,9 mm, die Höhe betrug 0,3
mm, die Höhe I des Zylinderabschnitts 3c der Mittenelek
trode betrug 1,0 mm, und der Durchmesser J betrug 1,5 mm.
Die Form und das Material der Edelmetallspitze 52 und des
Zylinderabschnitts 3c der Mittenelektrode 3 waren dieselben
wie diejenigen, die für die später beschriebene Bestimmung
der Zündkerzen verwendet wurden.
Zündkerzen, bei welchen der Enddurchmesser G der Edel
metallspitze 51 jeweils 0,6, 0,9 und 1,2 mm betrug, wurden
mit Entladungslücken A von 0,7, 0,9 und 1,1 mm hergestellt,
und die Zündkerzen wurden bezüglich der Zündfähigkeit beur
teilt.
Ebenfalls besaß eine für die Abschätzung verwendete
herkömmliche Zündkerze einen Gewindeaußendurchmesser D von
12 min, einen Enddurchmesser G von 1,1 mm bezüglich der
Edelmetallspitze 51, eine Vorsprungshöhe H von 0,4 mm be
züglich der Edelmetallspitze 51, eine Entladungslücke A von
1,1 mm, eine Breite B des Hohlraums 7 von 1,7 mm und eine
Vorsprungslänge C von 2,0 mm, einen Spitzendurchmesser E
des Isolators 2 von 4,6 mm und einen Durchmesser F von 2,5
mm bezüglich der Mittenelektrode 3 nahe dem Spitzenab
schnitt 2b des Isolators 2. Ebenfalls war die Edelmetall
spitze 51 aus Pt-20Ir-2Ni gebildet, und die Edelmetall
spitze 52 war dieselbe wie diejenige, die bezüglich der
oben beschriebenen Abschätzung der Zündkerzen verwendet
wurde.
Die Bestimmung bzw. Abschätzung der Zündfähigkeit wurde
unter Verwendung eines vierzylindrigen Benzinmotors mit ei
nem Hubraum von 2000 cm³ im Leerlauf (Motordrehzahl = 650
UpM) durchgeführt, wobei eine hohe Zündfähigkeit erfordert
wird. Der Leerlauf wurde über 2 Minuten bei einem konstan
ten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Luftvolumen/Kraftstoff
volumen) durchgeführt, und in Fällen, bei welchen während
der zwei Minuten nicht mehr als eine Fehlzündung (HC-
Spitze) auftraten, wurde das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
erhöht und der Leerlauf über zwei weitere Minuten
aufrechterhalten. Die Bestimmung wurde für ein
Luft/Kraftstoff-Verhältnis wiederholt, bei welchem
wenigstens zwei Fehlzündungen während der zwei Minuten des
Leerlaufs auftraten, und dieses Luft/Kraftstoff-Verhältnis
wurde als das Schwellenwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
gezeichnet.
Diese Bestimmung für die Messung des Schwellenwert-
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wurde dreimal für jede der
oben beschriebenen Zündkerzen wiederholt. Ein hohes Schwel
lenwert-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigt an, daß die Zünd
kerze eine hervorragende Zündfähigkeit von nicht mehr als
einer Fehlzündung sogar bei einer Verwendung von Gasmi
schungen mit geringem Kraftstoffgehalt aufweist. Der
Schwellenwert eines zweimaligen Auftretens von Fehlzündun
gen wurde verwendet, da eine einzige Fehlzündung infolge
einer fehlerhaften Beurteilung oder einer geringen Wahr
scheinlichkeit auftreten kann, und somit ist es schwierig
zu bestätigen, daß eine Fehlzündung definitiv während der
zwei Minuten des aufeinanderfolgenden Leerlaufs aufgetreten
ist.
Die Ergebnisse entsprechend Fig. 4 zeigen, daß dann,
wenn der Enddurchmesser G der Edelmetallspitze 51 0,9 mm
oder weniger beträgt und die Entladungslücke A (mm) 0,9 mm
oder mehr beträgt, das Schwellenwert-Luft/Kraftstoff-Ver
hältnis im Vergleich mit einer herkömmlichen Zündkerze grö
ßer wird. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, daß dann,
wenn
G 0,9 mm und
0,9 A
bei dieser Ausführungsform gelten, die Zündfähigkeit
gegenüber herkömmlichen Zündkerzen verbessert ist.
Die Ergebnisse des Bestimmens der Neigung zu Seitenfun
ken bei der Zündkerze wird im folgenden unter Bezugnahme
auf Fig. 5 A bis 5 C erörtert.
Die für diese Bestimmung verwendete Zündkerze war eine
der in Fig. 2 dargestellten Zündkerzen, wobei der Gewinde
außendurchmesser D 12 mm, die Vorsprungshöhe H der Edelme
tallspitze 51 bezüglich der Mittenelektrode 3 0,8 mm, der
Enddurchmesser G 0,9 mm, der Spitzendurchmesser E des Iso
lators 2 4,6 mm und der Durchmesser F der Mittenelektrode 3
in der Nähe des Spitzenabschnitts 2b des Isolators 2 2,5 mm
betrugen. Ebenfalls wurde in dem Fall einer Zündkerze mit
einer Vorsprungslänge C von 0,0 mm die Neigung zu Seiten
funken für eine Breite B des Hohlraums 7 von 1,0, 1,25 und
1,5 mm und die A/B-Verhältnisse von 0,8, 0,9, 1,0 und 1,1
bestimmt. Dieselbe Bestimmung wurde für Zündkerzen mit Vor
sprungslängen C von 1,0 und 2,0 durchgeführt.
Die Breite B des Hohlraums 7 wurde auf 1,0, 1,25 und
1,5 durch Ändern der Dicke des Paßstücks 1 verändert. Das
Verhältnis von A/B wurde auf 0,8, 0,9, 1,0 und 1,1 durch
Bewegen der Massenelektrode 4 gegen eine konstante Breite B
des Hohlraums 7 durch Ändern der Entladungslücke A verän
dert. Die Edelmetallspitze 51 war aus Ir gebildet, und der
Zylinderabschnitt der Edelmetallspitze 51 war auf einen ge
krümmten Radius R von 0,3 mm rund abgetrennt, um eine Ab
nutzung der Edelmetallspitze 51 zu simulieren.
Die Bestimmung der Neigung zu Seitenfunken wurde unter
Verwendung eines vierzylindrigen Benzinmotors mit einem
Hubraum von 2000 cm³ durchgeführt, wobei das Öffnen der
Drosselklappe unter bestimmten Bedingungen oft zum Auftreten
von Seitenfunken führt, d. h. im Zustand des Leerlaufs
(Motordrehzahl = 650 UpM) und einem darauffolgenden Hoch
drehen des Motors auf seine Maximaldrehzahl (Motordrehzahl
= etwa 6000 UpM) insgesamt 50mal und Zählen der Anzahl von
auftretenden Seitenfunken.
Die Seitenfunken wurden durch eine Beobachtung mit ei
nem Oszilloskop der Spannungswellenform bestimmt, welche
während der Entladung an die Zündkerze angelegt wurde. Ins
besondere stellt die in Fig. 6 A dargestellte
Spannungswellenform die normale Entladung ohne Seitenfunken dar, während die in Fig. 6 B dargestellte Spannungswellen form eine bestimmte Wellenform darstellt, bei welcher Seitenfunken auftreten, wobei die Entladungszeit T kurz war und die Induktionsentladespannung V groß war.
Spannungswellenform die normale Entladung ohne Seitenfunken dar, während die in Fig. 6 B dargestellte Spannungswellen form eine bestimmte Wellenform darstellt, bei welcher Seitenfunken auftreten, wobei die Entladungszeit T kurz war und die Induktionsentladespannung V groß war.
Wenn die in Fig. 5 B dargestellte Spannungswellenform
sogar eininal während eines einzigen Hochdrehens beobachtet
wurde, wurde dies als Hochdrehen mit Seitenfunken aufge
zeichnet, und es wurde der Anteil der Anzahl des
Hochdrehens, bei welchem Seitenfunken bei fünfzigmaligem
Hochdrehen auftraten, als die Seitenfunkenhäufigkeitsrate
(%) bestimmt, welche in Fig. 5 A bis 5 B dargestellt
ist.
Durch die Ergebnisse entsprechend Fig. 5 A-5 C
wurde bestätigt, daß, wenn A/B größer als 0,9 ist, d. h.
wenn die Breite B des Hohlraums 7 kleiner als A x (10/9)
ist, die Seitenfunkenhäufigkeitsrate stark ansteigt. Es ist
ebenfalls dargestellt, daß, wenn die Vorsprungslänge C 1,0
mm oder mehr beträgt, die Seitenfunkenhäufigkeitsrate 0 be
trägt und daß somit absolut keine Seitenfunken erzeugt wer
den. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, daß, wenn
B A x (10/9) (mm) und
1,0 C (mm)
bei dieser Ausführungsform gelten, das Auftreten von
Seitenfunken wirksam verhindert werden kann.
Im folgenden werden Vergleichsdaten für Seitenfunken
häufigkeitsraten bei Zündkerzen kleiner Größe mit einer
Platinelektrode und einer Iridiumelektrode gegeben.
Die für dieses Vergleichsexperiment verwendeten Zünd
kerzen, Motoren, usw. sind dieselben wie diejenigen, die
zur Bestimmung der Neigung zu Seitenfunken verwendet wur
den, welche bei den Zündkerzen wie vorhergehend beschrieben
auftraten (Fig. 5 A bis 5 C), mit der Ausnahme, daß in
diesem Fall C = 1,0 mm, B = 1,0 mm und A/B = 1,0 gilt. Dar
über hinaus wurde für den Vergleich der Seitenfunkenhäufig
keitsrate ebenfalls die Fälle bestimmt, bei welchen die
Spitze des Spitzenabschnitts 3b der Mittenelektrode 3 aus
Ir bzw. Pt gebildet war.
Die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt. Dieser Bal
kengraph zeigt deutlich, daß in dem Fall Pt keine Seiten
funken auftreten, wohingegen im Fall von Ir Seitenfunken
spürbar auftreten, obwohl die anderen Bedingungen bzw. Zu
stände identisch waren.
Die Ergebnisse des Bestimmens bzw. Abschätzens der Ab
nutzungswiderstandsfähigkeit der Zündkerzen der Erfindung
werden im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 8 erörtert.
Die für diese Bestimmung bzw. Abschätzung verwendeten
Versuchszündkerzen 1 bis 4 waren Zündkerzen entsprechend
Fig. 2, bei welchen der Gewindeaußendurchmesser D 12 mm,
die Vorsprungshöhe H der Edelmetallspitze 51 bezüglich der
Mittenelektrode 3 0,8 mm, die Entladungslücke A 1,1 mm, die
Breite B des Hohlraums 7 1,7 mm, die Vorsprungslänge C des
Isolators 2 bezüglich des Paßstücks 1 2,0 mm, der Spitzen
durchmesser E des Isolators 2 4,6 mm und der Durchmesser F
der Mittenelektrode 3 in der Nähe des Spitzenabschnitts 2b
des Isolators 2 2,5 mm betrugen.
Die äußere Edelmetallspitze 52 war aus Pt-20Ir-2Ni ge
bildet, der Spitzendurchmesser betrug 0,9 mm, die Höhe be
trug 0,3 mm, die Höhe I des Zylinderabschnitts 3c der
Mittenelektrode 3 betrug 1,0 mm, und der Durchmesser J be
trug 1,5 mm. Das Material und der Enddurchmesser G der
Edelmetallspitze 51 wurden jeweils während der Bestimmung
verändert.
Insbesondere besaß die Versuchszündkerze 1 eine Edelme
tallspitze 51, welche aus reinem Ir gebildet war und einen
Enddurchmesser G von 0,6 mm aufwies, besaß die Versuchs
zündkerze 2 eine Edelmetallspitze 51, welche aus Ir-10 Ge
wichtsprozent Rh gebildet war und einen Enddurchmesser G
von 0,6 mm aufwies, besaß die Versuchskerze 3 eine Edelme
tallspitze 51, welche aus Ir-10 Gewichtsprozent Y₂O₃
gebildet war und einen Enddurchmesser G von 0,6 mm aufwies,
und besaß eine Versuchszündkerze 4 eine Edelmetallspitze
51, welche aus reinem Ir gebildet war und einen Enddurch
messer G von 0,9 mm aufwies.
Es wurde ebenfalls eine herkömmliche Zündkerze verwen
det, welche dem oben beschriebenen Typ entsprach.
Die Bestimmung der Abnutzungswiderstandsfähigkeit wurde
durchgeführt unter Messung des Betrags der Abnutzung der
Edelmetallspitze 51 und der Edelmetallspitze 52 nach 500
Stunden einer Entladung bei 60 Zündungen pro Minute unter
Verwendung einer Leistungsquelle mit einer Entladungsener
gie von 55 mJ. Insbesondere wurden die anfängliche
Entladungslücke A (mm) und die abschließende Entladungs
lücke A (mm) gemessen, und es wurde die Differenz als
Betrag der Abnutzung (mm) der Edelmetallspitze 51 und der
Edelmetallspitze 52 wie in Fig. 6 dargestellt aufgezeich
net.
Wie aus den Ergebnissen von Fig. 8 zu sehen besitzen
jede der Versuchszündkerzen 1 bis 4 dieselbe oder eine ge
ringere Abnutzung der Edelmetallspitze 51 im Vergleich zu
dem Vergleichsbeispiel, obwohl sie einen kleineren End
durchmesser G der Edelmetallspitze 51 gegenüber den
herkömmlichen Zündkerzen besaßen. Mit anderen Worten, es
wurde bestätigt, daß gegenüber herkömmlichen Zündkerzen
eine größere Abnutzungswiderstandsfähigkeit unter Verwen
dung einer aus Ir oder einer Ir-Legierung ähnlich wie bei
den Versuchszündkerzen 1 bis 4 erzielt werden kann.
Es wurde ebenfalls bestätigt, daß Zündkerzen, welche
Edelmetallspitzen aufweisen, die aus Ir-Legierungen anders
als die in den Versuchszündkerzen 1 bis 4 verwendeten ge
bildet waren, beispielsweise aus Ir-Legierungen, welche Ir
mit einem oder mehreren Edelmetallen enthalten, die aus Pt,
Pd und Ru gewählt sind, oder die aus Ir-Legierungen gebil
det sind, die reines Ir oder eine der oben erwähnten Ir-
Legierungen enthalten, die mit einem oder mehreren Stoffen
kombiniert sind, welche aus Ni, W, Si und ZrO₂ gewählt
sind, dieselbe oder eine überlegene Abnutzungswiderstands
fähigkeit gegenüber herkömmlichen Zündkerzen besitzen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde die
Edelmetallspitze 51 und die Edelmetallspitze 52 auf der
Mittenelektrode 3 bzw. der Masssenelektrode 4 gebildet, je
doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige
Konstruktion beschränkt, und es kann beispielsweise die
Edelmetallspitze 51 allein auf der Mittenelektrode 3 gebil
det sein.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Zünd
kerze mit einem Gewindeaußendurchmesser D von 10 mm bis 12
mm offenbart, wobei die Länge A der Entladungslücke (6),
die Breite B des Hohlraums (7), die Vorsprungslänge C des
Isolators (2) bezüglich des Paßstücks (1), der Durchmesser
F der Mittenelektrode (3), der Enddurchmesser G der Edelme
tallspitze (51) und die Vorsprungshöhe H der Edelmetall
spitze (51) bezüglich der Mittenelektrode innerhalb der
folgenden Bereiche liegen:
0,9 mm A 1,35 mm, (10/9)A B, 1,0 mm C 2,5 mm,
10 mm D 12 mm, 2,0 mm F 2,7 mm, 0,6 mm G 0,9
mm, und 0,3 mm H 1,0 mm.
Claims (4)
1. Zündkerze mit:
einer Mittenelektrode (3), welche aus einer Ni-Legie rung gebildet ist, mit einem Spitzenabschnitt (3a);
einem Isolator (2), welcher den Rand der Mittenelek trode (3) derart bedeckt, daß der Spitzenabschnitt (3a) der Mittenelektrode (3) bloßgelegt ist, wobei der Isolator ebenfalls einen Spitzenabschnitt (2b) besitzt;
einem Paßstück (1), welches den Rand des Isolators (2) umgibt und ein Gewinde auf der Außenseite aufweist, wobei ein Hohlraum (7) zwischen dem Paßstück (1) und dem Isolator (2) gebildet ist und der Spitzenabschnitt (2b) des Isola tors (2) bloßgelegt ist;
einer Edelmetallspitze (51), welche aus Ir oder einer Ir-Legierung gebildet ist, die auf dem Spitzenabschnitt (3b) der Mittenelektrode (3) vorgesehen ist; und
einer Masseelektrode (4), die an dem Paßstück (1) ver ankert ist und von der Edelmetallspitze (51) und einer Ent ladungslücke (6) getrennt und gegenüberliegend angeordnet ist, wobei
0,9 mm A 1,35 mm,
(10/9) A B,
1,0 mm C 2,5 mm,
10 mm D 12 mm,
2,0 mm F 2,7 mm,
0,6 mm G 0,9 mm und
0,3 mm H 1,0 mm
gelten und A die Länge der Entladungslücke (6), B die Breite des Hohlraums (7), C die Vorsprungslänge des Isola tors (2) bezüglich des Paßstücks (1), D den äußeren Durch messer des Gewindeabschnitts des Paßstücks (1), F den Durchmesser des Spitzenabschnitts (3b) der Mittenelektrode (3), G den Durchmesser des Endes der Edelmetallspitze (51) und H die Vorsprungshöhe der Edelmetallspitze (51) bezüg lich der Mittenelektrode (3) darstellen.
einer Mittenelektrode (3), welche aus einer Ni-Legie rung gebildet ist, mit einem Spitzenabschnitt (3a);
einem Isolator (2), welcher den Rand der Mittenelek trode (3) derart bedeckt, daß der Spitzenabschnitt (3a) der Mittenelektrode (3) bloßgelegt ist, wobei der Isolator ebenfalls einen Spitzenabschnitt (2b) besitzt;
einem Paßstück (1), welches den Rand des Isolators (2) umgibt und ein Gewinde auf der Außenseite aufweist, wobei ein Hohlraum (7) zwischen dem Paßstück (1) und dem Isolator (2) gebildet ist und der Spitzenabschnitt (2b) des Isola tors (2) bloßgelegt ist;
einer Edelmetallspitze (51), welche aus Ir oder einer Ir-Legierung gebildet ist, die auf dem Spitzenabschnitt (3b) der Mittenelektrode (3) vorgesehen ist; und
einer Masseelektrode (4), die an dem Paßstück (1) ver ankert ist und von der Edelmetallspitze (51) und einer Ent ladungslücke (6) getrennt und gegenüberliegend angeordnet ist, wobei
0,9 mm A 1,35 mm,
(10/9) A B,
1,0 mm C 2,5 mm,
10 mm D 12 mm,
2,0 mm F 2,7 mm,
0,6 mm G 0,9 mm und
0,3 mm H 1,0 mm
gelten und A die Länge der Entladungslücke (6), B die Breite des Hohlraums (7), C die Vorsprungslänge des Isola tors (2) bezüglich des Paßstücks (1), D den äußeren Durch messer des Gewindeabschnitts des Paßstücks (1), F den Durchmesser des Spitzenabschnitts (3b) der Mittenelektrode (3), G den Durchmesser des Endes der Edelmetallspitze (51) und H die Vorsprungshöhe der Edelmetallspitze (51) bezüg lich der Mittenelektrode (3) darstellen.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Edelmetallspitze (51) aus einem Material gebildet ist,
welches aus Ir kombiniert mit einem oder mehreren Edelme
tallen ausgewählt aus Pt, Pd, Rh und Ru besteht.
3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Edelmetallspitze (51) aus einem Material gebildet ist,
welches aus einer Kombination eines Materials oder mehrerer
Materialien ausgewählt aus Ni, W, Si, Y₂O₃ und ZrO₂ mit ei
nem Material gebildet aus Ir oder Ir kombiniert mit einem
Edelmetall oder mehreren Edelmetallen ausgewählt aus Pt,
Pd, Rh und Ru besteht.
4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Edelmetallspitze (51) wenigstens 60% Ir enthält.
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