DE19860102A1

DE19860102A1 - Zündkerze für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19860102A1
Application number: DE19860102A
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Shimizu; Yasushi Kawashima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 1999-07-01
Also published as: US6130498A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, der für ein Fahrzeug, einen Kombigenerator, eine Gastransportpumpe oder dergleichen geeignet ist.

Ein großer Motor, der bei einem großen Generator, der gasförmigen Kraftstoff verwendet, (Kombigenerator), bei einer Gastransportpumpe oder dergleichen angewendet wird, umfaßt üblicherweise eine große Zündkerze mit beispielsweise einem Gehäuseaußendurchmesser von 18 mm, einem Isolatorkopfabschnittsdurchmesser von 14 mm, einem Mittelelektrodendurchmesser von 2,5 mm und einer Gesamtlänge von 115 mm. Ein großer Motor dieser Art wird ständig ohne Unterbrechungen betrieben. Daher ist es für die große Zündkerze des Motors insbesondere erforderlich, daß sie eine Lebensdauer hat, um das Wartungsverhalten zu verbessern und um die Kosten zu verringern, die beim Austauschen von Zündkerzen anfallen.

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, hat eine Zündkerze 90 von dieser Bauart üblicherweise einen Isolator 4 und einen Widerstand 69, der in einem Durchgangsloch 41 des Isolators 4 angeordnet ist. In dem Durchgangsloch 41 sind eine mittlere Elektrode 2, ein Glas 70 mit einem niedrigen Schmelzpunkt und ein leitfähiges gesintertes Element 71 an einer Seite des Widerstandes 69 angeordnet und außerdem sind eine Anschlußelektrode 21 und eine Feder 23, die den Widerstand 69 befestigt, an der anderen Seite des Widerstandes 69 angeordnet. Ein Gehäuse 5 hält den Isolator 4 und eine Masseelektrode 3 und ein Gewindeabschnitt 52 für eine Befestigung sind an dem Gehäuse vorgesehen. Die mittlere Elektrode 2 und die Masseelektrode 3 definieren einen Funkenzwischenraum G zwischen ihnen. Der Widerstand 69 dient dem Vermindern einer durch die Funkenentladung bewirkten Störung durch elektromagnetische Wellen oder Funkstörung und ist benachbart zu dem Funkenzwischenraum G angeordnet, um die Funkstörung zufriedenstellend zu verhindern. Der Widerstand 69 ist durch ein Sintern und Pressen von Widerstandspulvern als ein Massivwiderstand oder durch ein Schweißen von Widerstandsmaterial, das Glaspulver, wie beispielsweise Borosilikatsystemglas, keramische Pulver, wie beispielsweise Zirkonium, und Kohlenstoffsystemwiderstandsmaterial, wie beispielsweise Ruß, umfaßt, in einem Hochtemperaturofen und durch ein Ausbilden zu einer säulenartigen Form ausgebildet.

Es muß verhindert werden, daß der Funkenzwischenraum G größer wird, und es muß verhindert werden, daß eine zum Bewirken einer Funkenentladung erforderliche Spannung zunimmt, um eine hohe Lebensdauer der Zündkerze 90 sicherzustellen. Daher wird eine Edelmetallabdeckung 28, die aus einem Edelmetall oder einer Legierung eines Edelmetalls hergestellt ist, als ein Entladungselement verwendet. Unlängst wurde jedoch die Forderung aufgestellt, daß bei einem großen Gasmotor der Verbrennungswirkungsgrad verbessert wird und dieser bei einer hohen Verdichtung und einem Magermix-Verbrennungszustand betrieben wird, so daß der Kraftstoffverbrauch verbessert wird und die Abgasmenge abnimmt. Demgemäß muß die Zündkerze 90 bei schwierigen Bedingungen, wie beispielsweise Zunahmen bei der erforderlichen Spannung, der thermischen Belastung, der Zündenergie und dergleichen, betrieben werden.

Wenn die Zündkerze 90 bei derartigen schwierigen Bedingungen betrieben wird, wird der benachbart zu dem Funkenzwischenraum G angeordnete Widerstand 69 einer hohen Temperatur eine lange Zeitspanne ausgesetzt, so daß er einen erhöhten elektrischen Widerstand hat. Der erhöhte elektrische Widerstand des Widerstandes 69 kann ein Zündfehlverhalten des Motors bewirken. Des weiteren kann sich das Abdichtverhalten aufgrund des Hochdruckgases verschlechtern, das durch einen Zwischenraum zwischen der mittleren Elektrode 2 und dem Durchgangsloch 41 tritt.

Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze zu schaffen, die für einen Verbrennungsmotor geeignet ist und einen Widerstand hat, der seine Eigenschaften über eine lange Zeitspanne aufrechterhalten kann. Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze mit einer hohen Lebensdauer zu schaffen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Zündkerze einen Isolator mit einem Durchgangsloch, das sich in seiner axialen Richtung erstreckt, und einem Isolatorfußabschnitt an seinem ersten Endabschnitt, einen Widerstand, der in dem Durchgangsloch angeordnet ist, und eine mittlere Elektrode, die in dem Durchgangsloch so angeordnet ist, das sie der Endseite des Widerstands an der Seite der mittleren Elektrode zugewandt ist und von einer Isolatorendseite des Isolatorfußabschnittes vorsteht. Die Länge zwischen der Isolatorendseite und der Endseite des Widerstands an der Seite der mittleren Elektrode ist dem 1,5-fachen der Länge des Isolatorfußabschnittes in der axialen Richtung gleich oder größer. Demgemäß wird verhindert, daß die Temperatur an dem Kontaktabschnitt zwischen der mittleren Elektrode und der Endseite des Widerstandes an der Seite der mittleren Elektrode aufgrund der von dem Verbrennungsmotor übertragenen Wärme ansteigt. Folglich kann verhindert werden, daß der Widerstand abbrennt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Zündkerze einen Isolator mit einer ersten und einer zweiten Endseite in seiner axialen Richtung, eine mittlere Elektrode, die von der ersten Endseite des Isolators vorsteht, eine Anschlußelektrode, die mit der mittleren Elektrode elektrisch verbunden ist und von der zweiten Endseite des Isolators vorsteht, und ein Gehäuse, das zumindest einen Teil des Isolators an der Seite der mittleren Elektrode hält. Die Gesamtlänge des Isolators zwischen der ersten Endseite und der zweiten Endseite beträgt 90 mm oder mehr, die Länge zwischen der zweiten Endseite des Isolators und einer Endseite des Gehäuses an der zweiten Endseite des Isolators beträgt 40 mm oder mehr und eine Vorsprungsfläche der zweiten Endseite des Isolators liegt in dem Bereich von 80 mm² bis 200 mm². Als ein Ergebnis kann der Isolator ausgebildet werden, ohne daß er verformt wird, so daß das Dichtvermögen zwischen dem Isolator und einer Abdeckdichtung verbessert ist, was zu einer langen Lebensdauer der Zündkerze führt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zylindrisches Gehäuse an einer Außenumfangsfläche eines Isolators angeordnet und hat einen polygonalen Anbringabschnitt, der gedreht wird, wenn die Zündkerze an einem Verbrennungsmotor angebracht wird, und einen Hülsenabschnitt an einer Seite des Gewindeabschnittes, die zu einer ersten Endseite des Isolators, von der eine mittlere Elektrode vorsteht, entgegengesetzt ist. Der Hülsenabschnitt bildet einen ringförmigen Raum mit der Außenumfangsfläche des Isolators durch ein Verstemmen und der ringförmige Raum ist mit einer Pulverlage gefüllt. Die Länge der Pulverlage in der axialen Richtung des Isolators hat eine Größe in einem Bereich von 5 mm bis 8 mm und die Länge des polygonalen Anbringabschnittes in der axialen Richtung hat eine Größe in einem Bereich von 10 mm bis 15 mm. Vorzugsweise hat das Gehäuse einen dünnen Nutabschnitt an der Seite des Anbringabschnittes, die zu dem Hülsenabschnitt entgegengesetzt ist, und einen dicken vorstehenden Abschnitt an der Seite des Nutabschnittes, der zu dem Anbringabschnitt entgegengesetzt ist, und der Hülsenabschnitt wird verstemmt, indem eine Druckspannung zwischen dem Hülsenabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt in der axialen Richtung aufgebracht wird. Demgemäß wird das Dichtungsverhalten verbessert und die Zündkerze kann eine hohe Lebensdauer haben.

Andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlicher.

Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von einer Zündkerze des Standes der Technik.

Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von einer Zündkerze bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von der Umgebung eines zusammengeschweißten Säulenwiderstandes bei der in Fig. 2 gezeigten Zündkerze.

Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen einer Länge T zwischen einem vorderen Endabschnitt einer mittleren Elektrode und einem vorderen Endabschnitt eines Widerstandes und der Temperatur an einem Kontaktabschnitt zwischen dem Widerstand und der mittleren Elektrode bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 5 zeigt eine grafische Darstellung der Raten der Kontaktwiderstandswertveränderung an dem Kontaktabschnitt der Zündkerze mit dem zusammengeschweißten Säulenwiderstand bei dem ersten Ausführungsbeispiel und an einem Kontaktabschnitt einer vergleichbaren Zündkerze mit einem Massivwiderstand.

Fig. 6 zeigt die Veränderung des Widerstandswertes zwischen dem vorderen Endabschnitt der mittleren Elektrode und den jeweiligen Positionen des zusammengeschweißten Säulenwiderstandes vor und nach dem Betrieb des Motors.

Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung von Raten der Kontaktwiderstandswertveränderung an dem Kontaktabschnitt zwischen der mittleren Elektrode und dem Widerstand in Bezug auf die Betriebszeit, wenn die Rate T/K verändert wird.

Fig. 8 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von einem Isolator einer Zündkerze bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von der Zündkerze des zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 10 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Zustandes, bei dem die Zündkerze bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Zündkerzenbefestigungsloch eines Motors eingebaut ist.

Die Fig. 11 und 12 zeigen Darstellungen zur Erläuterung eines Problems, das verursacht werden kann, wenn ein Isolator gesintert ist.

Fig. 13 zeigt eine grafische Darstellung eines Unterschiedes von Isolatorabweichbeträgen, die durch einen Unterschied einer vorstehenden Fläche einer vorderen Endseite des Isolatorkopfabschnittes verursacht werden.

Fig. 14 zeigt eine grafische Darstellung eines Unterschiedes von Isolatorabweichbeträgen zwischen zwei Fällen, bei denen ein Isolatorkopfabschnitt Rillen hat bzw. keine Rillen hat.

Fig. 15 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Meßverfahrens des in den Fig. 13 und 14 gezeigten Isolatorabweichbetrages.

Fig. 16 zeigt eine Vorderansicht eines Isolators bei einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 17 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von einer Zündkerze bei einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig. 18 zeigt eine Vorderansicht teilweise im Querschnitt von der Umgebung einer Pulverlage der in Fig. 17 gezeigten Zündkerze.

Fig. 19 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens eines Verstemmens eines Hülsenabschnittes der in Fig. 17 gezeigten Zündkerze.

Fig. 20 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Dichteigenschaft (Leckagemenge) der Zündkerze und der Länge der Pulverlage bei dem vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 21 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Dichteigenschaft der Zündkerze und der Temperatur bei dem vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 22 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Dichteigenschaft der Zündkerze und der Lebensdauer bei dem vierten Ausführungsbeispiel.

Erstes Ausführungsbeispiel

Eine Zündkerze 10 bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert, in denen diejenigen Teile, die den in Fig. 1 gezeigten Teilen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, hat die Zündkerze 10 einen Isolator 4, ein Gehäuse 5 zum Halten des Isolators 4 und eine Masseelektrode 3, die an dem Gehäuse 5 befestigt ist. Der Isolator 4 hat ein Durchgangsloch 41, das sich in dem Isolator 4 in einer axialen Richtung erstreckt, und ein zusammengeschweißter Säulenwiderstand 6 ist in dem Durchgangsloch 41 angeordnet. Eine mittlere Elektrode 2 ist an einem Ende des Widerstandes 6 über eine Glasdichtung 82 an der Seite der mittleren Elektrode angeordnet und eine Anschlußelektrode 21 ist an dem anderen Ende des Widerstandes 6 über eine Glasdichtung 81 an der Seite der Anschlußelektrode innerhalb des Durchgangsloches 41 angeordnet. Das Gehäuse 5 hat einen Gewindeabschnitt 51, um an einem Motorblock eines Verbrennungsmotors angebracht zu werden. Die mittlere Elektrode 2 und die Masseelektrode 3 definieren einen Funkenzwischenraum G zwischen ihnen.

Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wird, wenn die Länge zwischen einer vorderen Endseite 44 des Isolators 4 an der Seite der mittleren Elektrode und einer vorderen Endseite 61 des Widerstandes 6 an der Seite der mittleren Elektrode T (in mm) beträgt und eine Länge eines Fußabschnittes 45 des Isolators 4 K (in mm) beträgt, eine Beziehung von T ≧ 1,5 K aufrechterhalten. Die Länge des Fußabschnittes 45 entspricht einer Länge zwischen der vorderen Endseite 44 und einem Endabschnitt 46 an einem geraden Abschnitt der unteren Ende des Isolators 4. Im übrigen ist, wenn die Zündkerze 10 an dem Verbrennungsmotor angebracht ist, der Fußabschnitt 45 in einer Brennkammer angeordnet.

Die Zündkerze 10 ist im Vergleich zu einer gewöhnlichen Zündkerze groß. D.h. bei der Zündkerze 10 betragen der Durchmesser und der Gewindebereich des Gewindeabschnittes 51 des Gehäuses 5 jeweils 18 mm bzw. 20,6 mm. Der Durchmesser und die Länge eines Kopfabschnittes 42 des Isolators 4 betragen 14 mm bzw. 54 mm. Der Widerstand 6 wird durch ein Zusammenschweißen einer Mischung, die aus Ruß als ein Widerstandsmaterial, Zirkoniumpulver und Borosilikatsystemglas besteht, bei einer Temperatur von 870°C derart ausgebildet, daß sich eine säulenartige Form mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 10 mm ergibt. Des weiteren hat, obwohl ein Kopfabschnitt einer herkömmlichen Zündkerze Rillen an ihrem Außenumfang hat (siehe Fig. 1), der Kopfabschnitt 42 der Zündkerze 10 keine Rillen an seinem Außenumfang, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Im übrigen sind Ringe 55 und Talkum 56 in einem verstemmten Abschnitt des Isolators 4 und des Gehäuses 5 angeordnet, um den verstemmten Abschnitt abzudichten.

Des weiteren ist die vordere Endseite des Widerstandes an der Seite des Isolatorkopfabschnittes zu der Seite der mittleren Elektrode näher als der vordere Endabschnitt des Gehäuses 5 an der Seite des Isolatorkopfabschnittes. Demgemäß wird die Feldintensität durch einen Schutzabschnitt des Gehäuses 5 wirkungsvoll unterdrückt. Wenn die vordere Endseite des Widerstandes 60 an der Seite des Isolatorkopfabschnittes an einer Seite des vorderen Endabschnittes des Gehäuses 5 angeordnet ist, die zu der mittleren Elektrode entgegengesetzt ist, kann die Feldintensität nicht unterdrückt werden und es kann sein, daß die Störintensität erhöht wird.

Nachstehend werden die Wirkungen und Merkmale des Ausführungsbeispiels erläutert. Der zusammengeschweißte Säulenwiderstand 6 ist derart angeordnet, daß die Länge T zwischen der vorderen Endseite 44 des Isolators und der vorderen Endseite 61 des Widerstandes der Länge K des Isolatorfußabschnittes 45 gleich ist oder mehr als das 1,5-fache der Länge K beträgt. Selbst wenn die Temperatur des vorderen Endabschnittes 29 der mittleren Elektrode bis auf 700°C ansteigt, ist daher die Länge T ausreichend, um zu verhindern, daß sich durch die von der mittleren Elektrode 2 übertragene Wärme die Temperatur an einem Kontaktabschnitt 7 zwischen dem Widerstand 6 und der mittleren Elektrode 2 erhöht. In der Brennkammer hat der vordere Endabschnitt des Fußabschnittes 45 die höchste Temperatur in dem gesamten Fußabschnitt 45 aufgrund der von der mittleren Elektrode 2 übertragenen Wärme.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge T das 1,5-fache der Länge K des Fußabschnittes 45. Der Kontaktabschnitt 7 zwischen dem Widerstand 6 und der Glasdichtung 82 an der Seite der mittleren Elektrode ist an einer Position angeordnet, die tiefer als ein Sockel 46 des Isolatorfußabschnittes 45 liegt. D.h. der Kontaktabschnitt 7 ist von dem vorderen Endabschnitt 29 der mittleren Elektrode weiter entfernt vorgesehen als der Sockel 46. Demgemäß wird die in dem Verbrennungsmotor erzeugte Verbrennungswärme mit einer hohen Temperatur nicht direkt zu dem Kontaktabschnitt 7 zwischen dem Widerstand 6 und der Glasdichtung 82 an der Seite der mittleren Elektrode übertragen, so daß die Temperatur des Kontaktabschnittes 7 nicht ohne weiteres ansteigt. Als ein Ergebnis wird der Kontaktwiderstand an dem Kontaktabschnitt nicht erhöht und der Kontaktzustand zwischen dem Widerstand 6 und der Glasdichtung 82 wird stabil gehalten. Der Widerstand 6 brennt nicht und der Motor kann durch die Zündkerze sicher gezündet werden. Es sollte hierbei beachtet werden, daß die Länge T vorzugsweise geringer als 3 × so viel wie die Länge K im Hinblick auf den des Störschutz beträgt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt der Widerstand 6 ein Karbonsystemwiderstandsmaterial. Daher sieht der Widerstand 6 einen Brandwiderstand mit einer ausreichend hohen Temperatur vor und der Kontaktzustand zwischen dem Widerstand 6 und der Glasdichtung 82 wird in einem stabilen Zustand gehalten. Da die Glasdichtungen 81 und 82 an den beiden Enden des Widerstandes 6 angeordnet sind, kann das Durchgangsloch des Isolators 4 hermetisch selbst dann abgedichtet werden, wenn der Brenngasdruck sich erhöht, was zu einer hohen Zuverlässigkeit der Zündkerze 10 führt. Die Glasdichtungen 81 oder 82 sind vorzugsweise aus Kupferglas hergestellt, das zusammen mit dem Widerstand 6 verschweißt werden kann. Folglich können die Eigenschaften des Widerstandes eine längere Zeitspanne lang stabil gehalten werden, was zu einer hohen Lebensdauer der Zündkerze 10 führt. Im übrigen kann, da der Kopfabschnitt 42 der Zündkerze keine Rillen an seinem Außenumfang hat, die Festigkeit des Isolators 4 in der radialen Richtung verbessert werden und der Isolator 4 biegt sich beim Sintern kaum.

Die Wirkungen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels werden durch den nachstehend beschriebenen Versuch bestätigt.

Zunächst wurde die Beziehung zwischen der Länge T und der Temperatur an dem Kontaktabschnitt 7 untersucht. D.h. verschiedene Zündkerzen mit einer konstanten Länge K des Fußabschnittes 45 (K = 7 mm) und unterschiedlichen Längen T wurden jeweils vorbereitet und danach wurden die Temperaturen an den Kontaktabschnitten 7 der jeweiligen Zündkerzen gemessen. Die anderen Merkmale der Zündkerze waren die gleichen wie bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Zündkerze. Bei dem Meßversuch wurde ein großer 4-Takt-Gasmotor mit 40 l und 8 Zylindern unter Verwendung von Erdgas als Brennstoff verwendet. Die Motordrehzahl als Betriebsbedingung betrug 1800 U/min. Das Ergebnis ist in Fig. 4 gezeigt. Demgemäß wurde bestätigt, daß je größer die Länge T zwischen der vorderen Endseite 44 des Isolators und der vorderen Endseite 41 des Widerstandes wird, desto geringer wird die Temperatur an dem Kontaktabschnitt 7 zwischen dem Widerstand 6 und der Glasdichtung 82.

Danach wurden die Zündkerze 10, in der der zusammengeschweißte Säulenwiderstand 6 bei diesem Ausführungsbeispiel untergebracht ist, und eine Vergleichszündkerze, bei der ein herkömmlicher Massivwiderstand (ein Prototyp) untergebracht ist, vorbereitet und der Kontaktwiderstand an dem Kontaktabschnitt 7 zwischen dem Widerstand und der Glasdichtung 82 an der Seite der mittleren Elektrode wurde bei den jeweiligen Zündkerzen gemessen. Die übrigen Merkmale der Vergleichszündkerze sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem Meßversuch wurde der vorstehend beschriebene Motor verwendet. Die Motordrehzahl betrug ebenfalls 1800 U/min. Unter diesen Bedingungen wurden die Raten der Kontaktwiderstandswertveränderung an den Kontaktabschnitten der Zündkerzen in Bezug auf die Betriebszeit gemessen.

Im übrigen ist die Rate der Konstantwiderstandswertveränderung ein Wert, der durch {(R₁ - R₀)/R₀} × 100 verkörpert wird, wobei R₁ der Ausgangswert des Widerstandswertes ist und R₀ der Widerstandswert nach dem Betrieb ist. Die Widerstandswerte wurden zwischen dem vorderen Endabschnitt 29 der mittleren Elektrode und der Anschlußelektrode 21 gemessen. Der Grund dafür liegt darin, daß, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, bestätigt wurde, daß der Widerstandswert an dem Kontaktabschnitt 7 annähernd die gleiche Tendenz wie der Widerstandswert zwischen dem vorderen Endabschnitt 29 an der Seite der mittleren Elektrode und der Anschlußelektrode 21 hatte.

Die Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. Gemäß dieser Zeichnung ist es offensichtlich, daß sich ein auffallenden Unterschied bei den Raten der Kontaktwiderstandswertveränderung zwischen den beiden vorstehend beschriebenen Zündkerzen ergibt. D.h., die Rate der Kontaktwiderstandswertveränderung der Vergleichszündkerze, bei der der Massivwiderstand untergebracht ist, nahm mit dem Ablauf der Betriebszeit plötzlich zu und erreichte 10⁴% nach dem Ablauf von 3000 Stunden. Wenn die Rate der Kontaktwiderstandswertveränderung der Zündkerze 10⁴% überschreitet, ist es möglich, daß der Motor nicht gezündet werden kann. Andererseits änderte sich die Rate der Kontaktwiderstandswertveränderung der erfindungsgemäßen Zündkerze selbst nach einem Betrieb von 4000 Stunden, der die Ziellebensdauer darstellte, kaum. Die Ziellebensdauer wird auf Grundlage der von dem Gasmotorenhersteller aufgestellten Anforderung bestimmt.

Die Ursache für diese Ergebnisse wird wie folgt betrachtet. Was den herkömmlichen Massivwiderstand betrifft, so werden der Kontaktwiderstand zwischen dem Massivwiderstand und der Glasdichtung hoch, da beide Festelemente sind, so daß sehr kleine Funken zwischen ihnen erzeugt werden. Die Kohlenstoffkomponente in dem Massivwiderstand wird durch die kleinen Funken beschädigt, was zu einem erhöhten Widerstandswert des Widerstandes führt. Im Gegensatz dazu ist bei dem zusammengeschweißten Säulenwiderstand der Widerstand günstig an dem Kontaktabschnitt mit der Glasdichtung aufgrund seiner Glaskomponente angeheftet, was zu einem außerordentlich geringen Kontaktwiderstand führt. Als ein Ergebnis wird verhindert, daß Funken zwischen der mittleren Elektrode und dem zusammengeschweißten Säulenwiderstand erzeugt werden, wobei der Kontaktwiderstand eine längere Zeitspanne lang nicht verändert wird.

Danach wurde die Rate der Konstantwiderstandswertveränderung an dem Kontaktabschnitt zwischen dem Widerstand und der mittleren Elektrode im Hinblick auf ein Verhältnis T/K der Länge T zwischen der vorderen Endseite des Isolators gegenüber der vorderen Endseite des Widerstandes relativ zu der Länge K des Isolatorfußabschnittes untersucht. Bei diesem Versuch wurden der gleiche Motor und die gleiche Motordrehzahl wie bei den Fig. 4 und 5 aufgegriffen. Verschiedene Zündkerzen mit einem Verhältnis von T/K von 1,0, 1,2, 1,35, 1,5 und 2,0 wurden vorbereitet und gemessen.

Die Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt. Gemäß dieser Zeichnung wird bestätigt, daß, je größer das Verhältnis T/K wird, die Rate der Konstantwiderstandswertveränderung um so geringer wird. Es wird des weiteren bestätigt, daß, wenn das Verhältnis T/K gleich 1,5 oder größer als 1,5 ist, die Rate der Konstantwiderstandswertveränderung geringer als 10⁴% selbst nach dem Ablauf der Ziellebensdauer von 4000 Stunden gehalten werden kann.

Obwohl bei der Zündkerze 10 bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Durchmesser des Gehäusegewindeabschnittes 18 mm beträgt, der Gewindebereich des Gehäusegewindeabschnittes 20,6 mm beträgt, der Durchmesser und die Länge des Isolatorkopfabschnittes 14 mm bzw. 54 mm betragen, sind jedoch diese Abmessungen der bei der vorliegende Erfindung angewendeten Zündkerze nicht beschränkt. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des Gehäusegewindeabschnittes 18 mm oder mehr als 18 mm, beträgt der Gewindebereich des Gehäusegewindeabschnittes 12 mm oder mehr als 12 mm, beträgt der Durchmesser des Isolatorkopfabschnittes 12,5 mm oder mehr als 12,5 mm und beträgt die Länge des Isolatorkopfabschnittes 40 mm oder mehr als 40 mm. In diesem Fall können die vorstehend beschriebenen Wirkungen wirkungsvoll aufgezeigt werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird eine Zündkerze 10a bei einem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 12 erläutert, wobei diejenigen Bauteile, die den Bauteilen des ersten Ausführungsbeispieles gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Die Zündkerze 10a ist von einer großen Bauart, die für einen großen Motor, wie beispielsweise einen Kombigenerator, verwendet wird. Wie dies in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, hat die Zündkerze 10a eine mittlere Elektrode 2, die in einem Durchgangsloch 41 eines Isolators 4 gehalten ist und von einem Ende des Isolators 4 vorsteht, ein Gehäuse 5, das den Isolator 4 hält, und eine Masseelektrode 3, die an dem Gehäuse 5 vorgesehen ist. Eine Anschlußelektrode 21 ist in das Durchgangsloch 41 eingefügt, um mit der mittleren Elektrode 2 elektrisch verbunden zu sein, und hat einen Verbindungskopfabschnitt 211, der von dem anderen Ende des Isolators 4 vorsteht. Der Verbindungskopfabschnitt 211 ist mit einem Anschluß eines Zündkerzensteckers elektrisch verbunden. Die Anschlußelektrode 21 ist mit Ausnahme des Verbindungskopfabschnittes 211 in den Isolator 4 eingefügt und durch diesen abgedeckt.

Die Gesamtlänge L des Isolators 4 zwischen einer vorderen Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes und einer vorderen Endseite 44 eines Isolatorfußabschnittes hat eine Größe in dem Bereich zwischen 90 mm und 130 mm. Die Länge M des Isolatorkopfabschnittes 42 zwischen einer oberen Einbauendseite 58 des Gehäuses 5 und der vorderen Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes beträgt 40 mm oder mehr als 40 mm. Die Außenumfangsseite des Isolatorkopfabschnittes 42 ist flach und hat keine darauf vorgesehenen Rillen. Außerdem hat eine Vorsprungsfläche S der in der Fig. 8 gezeigten vorderen Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes eine Größe in dem Bereich zwischen 80 mm² bis 200 mm². Der Isolatorkopfabschnitt 42 ist im allgemeinen säulenartig und hat einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt.

Des weiteren hat der Isolator 4 einen mittleren Isolatorabschnitt 441, der sich näher zu der mittleren Elektrode 2 befindet als der Isolatorkopfabschnitt 42, einen unteren Isolatorabschnitt 442 und einen Fußabschnitt 45. Das Durchgangsloch 41 hat einen Öffnungsabschnitt 411 an der Seite der Anschlußelektrode und einen Öffnungsabschnitt 412 an der Seite der mittleren Elektrode. In Fig. 9 ist mit dem Bezugszeichen 51 ein Gewindeabschnitt des Gehäuses 5 für einen Einbau bezeichnet. Ringe 55 und Talkum 56 sind in einem verstemmten Abschnitt des Isolators 4 und des Gehäuses 5 angeordnet.

Nachstehend werden die Merkmale und Wirkungen des zweiten Ausführungsbeispieles beschrieben. Der Isolator 4 wird durch ein Sintern ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, der Isolator 4 auf einer Sintergrundfläche 8 senkrecht angeordnet, wobei die vordere Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes mit der Sintergrundfläche 8 in Kontakt steht. Der Grund dafür ist, daß die vordere Endseite 44 des Isolatorfußabschnittes so klein ist, daß es schwierig ist, sie stabil auf der Sintergrundfläche 8 anzuordnen. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Zündkerze 10a Abmessungen von 90 mm ≦ L ≦ 130 mm, M ≧ 40 mm und 80 mm² ≦ S ≦ 200 mm² hat, wie dies vorstehend beschrieben ist, wird der Isolator 4 kaum verformt, selbst wenn sich der Isolator 4 um ein gewisses Maß während des Sinterns neigt, wie die in Fig. 12 gezeigt ist.

Genauer gesagt ist die Länge M des Isolatorkopfabschnittes 42 der Zündkerze 10a so lang, daß ihr Schwerpunkt sich in einer hohen Position befindet. Daher wird, wenn der Isolator 4 in einem geneigten Zustand aufgrund der Neigung gegenüber der Sintergrundplatte 8 gesintert wird, auf die vordere Endseite 43 und dergleichen eine durch das Eigengewicht des Isolators 4 erzeugte Kraft auf den Isolator 4 in einer Richtung aufgebracht, die mit der axialen Richtung des Isolators 4 nicht parallel ist.

Da jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel die Gesamtlänge L des Isolators 4, die Länge M des Isolatorkopfabschnittes 42 und die Vorsprungsfläche S der vorderen Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes auf die vorstehend beschriebenen Maße eingestellt sind, kann verhindert werden, daß der Isolatorkopfabschnitt 42 verformt wird. Des weiteren wird, da die Außenumfangsfläche des Isolatorkopfabschnittes 42 flach ist und keine Rillen hat, die Festigkeit des Isolators 4 in der radialen Richtung verbessert. D.h., selbst wenn der Isolator beim Sintern geringfügig geneigt ist, wird die Festigkeit gegenüber einer in einer der axialen Richtung nicht parallelen Richtung aufgebrachten Kraft verbessert, so daß die Verformung des Isolators 4 verhindert wird. Außerdem wird ein Neigen des Isolators 4 während des Sinterns erschwert, da der Isolatorkopfabschnitt 42 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat.

Die wie vorstehend beschrieben aufgebaute Zündkerze 10a wird, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, in ein Zündkerzenloch 7 eines Verbrennungsmotors 70 über den Gewindeabschnitt 51 des Gehäuses 5 eingebaut. Eine Zündkerzenabdeckung 6 ist an dem Isolatorkopfabschnitt 42 derart angebracht, daß eine Abdeckdichtung 61 der Zündkerzenabdeckung 6 auf dem Kopfabschnitt 42 sitzt. Ein Anschluß 62 der Zündkerzenabdeckung 6 ist mit dem Verbindungskopfabschnitt 211 der Zündkerze 10a elektrisch verbunden. Zu diesem Zeitpunkt wird, da der Isolatorkopfabschnitt 42 der Zündkerze 10a bei diesem Ausführungsbeispiel nicht verformt worden ist, die Dichtungseigenschaft zwischen dem Kopfabschnitt 42 und der Abdeckungsdichtung 6 verbessert, so daß kein Funkenübertritt (eine Undichtheit an dem Isolatorkopfabschnitt) bewirkt wird. Es ist wahrscheinlich, daß der Funkenübertritt erzeugt wird, wenn die Isolationseigenschaft zwischen dem Isolatorkopfabschnitt 42 und der Zündkerzenabdeckung 6 geringer ist. Des weiteren kann die Zündkerzenabdeckung 6 an dem Kopfabschnitt 42 der Zündkerze 10a mit Leichtigkeit angebracht werden, die in dem Zündkerzenloch 7 eingebaut ist. D.h., gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Isolatorkopfabschnitt 42 ohne Verformung gesintert werden, was zu einer verbesserten Dichteigenschaft zwischen der Abdeckungsdichtung 61 und dem Isolatorkopfabschnitt 42 und zu einer verbesserten Anbringbarkeit der Zündkerzenabdeckung 6 an dem Kopfabschnitt 42 führt.

Nachstehend werden Versuchsergebnisse erläutert, die die vorstehend beschriebenen Wirkungen bestätigen. Zunächst wurden, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, die Beziehungen zwischen der Isolatorgesamtlänge L und einem Abweichbetrag gemessen, der beim Sintern des Isolators erzeugt wird. Bei diesem Versuch wurden zwei Arten von Isolatoren vorbereitet, bei denen jeweils die Vorsprungsfläche S der vorderen Endseite des Isolatorkopfabschnittes 70 mm² bzw. 110 mm² betrug. Die Außenumfangsseiten der Isolatorkopfabschnitte waren flach und wiesen keine Rillen auf. Die anderen Merkmale des Isolators waren die gleichen wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Danach wurden bei diesem Versuch die Isolatoren bei 1500°C 24 Stunden lang gesintert und die Abweichbeträge wurden untersucht.

Der Abweichbetrag stellt, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist, eine Abweichbreite des Isolatorkopfabschnittes 42 dar, wenn der Isolator 4 eine Umdrehung um seine Achse ausführt, wobei der untere Isolatorabschnitt 442 durch eine Spannvorrichtung 79 gehalten wird. Als ein Verfahren zum Messen der Abweichbreite wurde in diesem speziellen Fall eine Meßuhr 78 an der Außenumfangsfläche der vorderen Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes gehalten. Danach wurden die von der Meßuhr 78 angezeigten Werte abgelesen, während der Isolator 4 eine Umdrehung ausführt. Der Abweichungsbetrag wird von einem Differenzwert zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert der angezeigten Werte erhalten.

Die Ergebnisse sind in Fig. 13 gezeigt. Gemäß dieser Zeichnung ist ein beträchtlicher Unterschied zwischen dem Isolator mit S = 70 mm² und dem Isolator mit S = 110 mm² vorhanden. In dem Fall, bei dem die Vorsprungsfläche S 70 mm² beträgt und die Isolatorgesamtlänge L 90 mm überschreitet, überschreitet der Abweichbetrag des Isolators 1,5 mm, um plötzlich zuzunehmen, was bedeutet, daß der Isolator außerordentlich verformt wird. Andererseits beträgt in dem Fall, bei dem die Vorstehfläche S 110 mm² beträgt, selbst wenn die Länge L 90 mm überschreitet, der Abweichbetrag des Isolators weniger als 0,5 mm, was bedeutet, daß der Abweichbetrag des Isolators gering ist.

Im übrigen wird es, wenn die Länge L geringer als 90 mm ist, schwierig, die Länge M des Isolatorkopfabschnittes wunschgemäß zu verlängern. Wenn die Länge M des Isolatorkopfabschnittes geringer als 40 mm ist, kann sich die Dichteigenschaft zwischen dem Isolatorkopfabschnitt und der Abdeckungsdichtung verschlechtern. Diese Probleme können den Funkenübertritt bewirken. Wenn darüber hinaus die vorstehende Fläche S geringer als 80 mm² ist, ist es wahrscheinlich, daß der Isolator beim Sintern verformt wird. Wenn andererseits die vorstehende Fläche S 200 mm² überschreitet und der Außendurchmesser der vorderen Seite des Isolatorkopfabschnittes 16 mm überschreitet, führt dies zu einem erschwerten Einführen eines Hochspannungskabels. Wenn die Gesamtlänge L des Isolators 130 mm überschreitet oder die Länge M des Isolatorkopfabschnittes 80 mm überschreitet, wird der Schwerpunkt zu hoch, um die Verformung des Isolators beim Sintern zu verhindern.

Als nächstes wurde die Wirkung der Rillen an dem Isolatorkopfabschnitt im Hinblick auf den Abweichbetrag des Isolators untersucht, der beim Sintern des Isolators erzeugt wird. Zwei Isolatoren wurden als Testproben vorbereitet. Ein Isolator hatte keine Rillen an der Außenumfangsfläche des Isolatorkopfabschnittes wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel und der andere Isolator hatte fünf Rillen an der Außenumfangsfläche des Isolatorkopfabschnittes, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Bei beiden Testproben hatte die vorstehende Fläche (Vorsprungsfläche) S der vorderen Endseite des Isolatorkopfabschnittes eine Größe von 110 mm². Die übrigen Merkmale der beiden Testproben waren die gleichen wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Während des Versuches wurden die Isolatoren bei 1500°C 24 Stunden lang gesintert und die Abweichbeträge wurden in der gleichen Weise, wie dies vorstehend beschrieben ist, gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 14 gezeigt. Demgemäß wurde bestätigt, daß, wenn der Isolatorkopfabschnitt Rillen hat, der Abweichbetrag des Isolators mit steigender Gesamtlänge L des Isolators im Vergleich zu dem Fall außerordentlich zunimmt, bei der Isolatorkopfabschnitt keine Rillen hat. D.h., es wurde bestätigt, daß eine Verformung des Isolators während des Sinterns verhindert werden kann, wenn der Isolatorkopfabschnitt keine Rillen hat. Wenn der Isolatorkopfabschnitt Rillen haben muß, sollte ein Unterschied im Durchmesser der Rille, d. h. eine vorstehende Höhe der Rille in der radialen Richtung des Isolators, 0,7 mm oder weniger betragen, um die vorstehend beschriebenen Wirkungen zu erreichen. Die Anzahl der Rillen sollte weniger als 5 betragen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel hat, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, ein Isolator 4 einer Zündkerze einen abgeschrägten Isolatorkopfabschnitt 420. D.h. der Isolatorkopfabschnitt 420 ist so ausgebildet, daß er einen Außendurchmesser hat, der zu der vorderen Endseite 43 des Isolatorkopfabschnittes hin allmählich abnimmt. Die anderen Merkmale und die erzielten Wirkungen sind die gleichen wie die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Viertes Ausführungsbeispiel

Eine Zündkerze 10b bei einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 17 bis 19 erläutert. Die Zündkerze 10b ist ebenfalls von einer großen Bauart, die für einen großen Motor, wie beispielsweise ein Kombigenerator geeignet ist und hat, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist, einen Isolator 4, der eine mittlere Elektrode 2 in ihm hält, und ein Gehäuse 105, das am Außenumfang des Isolators 4 angeordnet ist. Ein ringförmiger Raum 106 ist zwischen dem Isolator 4 und dem Gehäuse 105 vorgesehen und ist mit einer Pulverlage 108 gefüllt, um die Luftdichtheit zu verbessern.

Das Gehäuse 105 hat einen polygonalen Zündkerzenanbringabschnitt 151 und der Zündkerzenanbringabschnitt 151 hat einen Hülsenabschnitt 152 für ein Verstemmen an einem Ende von ihm. Der Hülsenabschnitt 152 wird nach innen verstemmt, um den ringförmigen Raum 106 zu schließen, der mit der Pulverlage 108 gefüllt ist. Wie dies in Fig. 18 gezeigt ist, hat die Länge A1 der Pulverlage 108 in der axialen Richtung des Isolators 4 eine Größe in dem Bereich von 5 mm bis 8 mm und die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes 151 in der axialen Richtung hat eine Größe in dem Bereich von 10 mm bis 15 mm.

Das Gehäuse 105 hat des weiteren in dieser Reihenfolge einen Nutabschnitt 154 an einer Endseite des Zündkerzenanbringabschnittes 151, die zu dem Hülsenabschnitt 152 entgegengesetzt ist, einen vorstehenden Abschnitt 153, der dicker als der Nutabschnitt 154 ist, und einen Gewindeabschnitt 155, der ein Schraubgewinde hat. Der Nutabschnitt 154 ist dünner als der Zündkerzenanbringabschnitt 151. Der Gewindeabschnitt 155 hat an seiner Innenfläche einen Absatzabschnitt 159, damit ein Anlageende 141 des Isolators 4 in der axialen Richtung des Isolators 4 daran anliegt. Die Länge H zwischen dem verstemmten Hülsenabschnitt 152 und einem vorderen Ende des Absatzabschnittes 159 in der axialen Richtung beträgt 38 mm oder mehr.

Beim Herstellen der Zündkerze 10b wird die Pulverlage 108 ausgebildet, nachdem das Gehäuse 105 und der Isolator 4 zusammengebaut worden sind. Danach wird der Hülsenabschnitt 152 verstemmt. Genauer gesagt werden, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist, zunächst aus Kohlenstoffstahl hergestellte Ringe 182 an einem oberen und an einem unteren Abschnitt in dem ringförmigen Raum 106 angeordnet, um die Dichteigenschaft zu verbessern, und der Raum 106 zwischen den Ringen 182 wird mit Keramikpulver 80 gefüllt, das aus Talkum, Kaolin, oder dergleichen hergestellt ist.

Danach wird, wie dies in Fig. 19 schematisch gezeigt ist, das Gehäuse 105 zwischen einem Paar erster und zweiter Verstemmspanneinrichtungen 71 und 72 an dem Hülsenabschnitt 152 und an dem Ende des unteren vorstehenden Abschnittes 153 stabil eingeklemmt, so daß der Hülsenabschnitt 152 verstemmt wird. Demgemäß werden das Pulver 80 und die Ringe 182, die in dem ringförmigen Raum 106 angeordnet sind, gedrückt, wodurch sich die Pulverlage 180 ausgebildet. Im übrigen ist der Gewindeabschnitt 155 für einen Eingriff mit einem Zündkerzenloch eines Verbrennungsmotors gedacht und eine Dichtung 158 ist an dem oberen Abschnitt des Gewindeabschnittes 155 angeordnet.

Da bei der Zündkerze 10b die Länge A1 der Pulverlage 108 und die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes 151 in den vorstehend beschriebenen speziellen Bereichen eingestellt sind, wird die Dichteigenschaft verbessert, was zu einer verbesserten Haltbarkeit der Zündkerze 10b führt. Im übrigen wird das Dichtvermögen um so mehr verbessert, je größer die Länge A1 ist. Wenn jedoch die Länge A1 geringer als 5 mm ist, ist die Wirkung des Verbesserns der Dichteigenschaft gering. Wenn andererseits die Länge A1 8 mm übersteigt, verschlechtert sich die Bearbeitbarkeit zum Ausbilden der Pulverlage 108, was zu erhöhten Herstellkosten der Zündkerze führt.

Des weiteren wird das Dichtvermögen um so mehr verbessert, je länger die Länge B1 ist. Der Grund dafür erklärt sich wie folgt. Wenn nämlich die Länge B1 lang ist, wird der Abstand des Hülsenabschnittes von dem Verbrennungsmotor groß, so daß der Wärmeübertragungsbetrag zu dem Hülsenabschnitt geringer ist. Es wird angenommen, daß der geringere Wärmeübertragungsbetrag die Wirkung durch das Verstemmen aufrechterhalten kann. Wenn die Länge B1 geringer als 10 mm ist, kann ein zufriedenstellendes Abdichtvermögen nicht erzielt werden. Wenn andererseits die Länge B1 15 mm überschreitet, nimmt die Größe des Gehäuses zu, was zu einer unerwünschten erhöhten Größe der Zündkerze führt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die durch das Festlegen der Längen A1 und B1 in den vorstehend beschriebenen speziellen Bereichen erzielten Wirkungen quantitativ folgendermaßen bestätigt.

Die Zündkerze 10b wurde in ein luftdichtes Meßgerät eingesetzt und Gas (Luft) mit einem Druck von 20 kg/cm² wurde von der Seite des Gewindeabschnittes 155 in das Gehäuse 105 eingeleitet. Danach wurde eine Menge an Gas, die durch den Hülsenabschnitt 152 trat, als eine Leckagemenge gemessen. Was die anderen Meßbedingungen anbelangt, so betrug das Befestigungsdrehmoment zum Einsetzen der Zündkerze 10b 50 Nm und die Sitztemperatur (die Temperatur an der Dichtung 158) betrug 300°C. Als Testproben wurden zwei Arten an Zündkerzen S1 und S2 vorbereitet. Bei der Probe S1 wurde die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes 151 auf 10 mm eingestellt, was den Minimalwert in dem speziellen Bereich der vorliegenden Erfindung darstellt, und die Länge A1 der Pulverlage 108 wurde variiert. Bei der Probe S2 wurde die Länge B1 auf 5,4 mm eingestellt, wobei sie dabei außerhalb des speziellen Bereiches der vorliegenden Erfindung lag, und die Länge A1 der Pulverlage 108 wurde ebenfalls variiert. Danach wurden die Leckagemengen der jeweiligen Proben gemessen. Im übrigen wurde die Länge H (siehe Fig. 17) zwischen dem Hülsenabschnitt 152 und dem vorderen Ende des Absatzabschnittes 159 in der axialen Richtung auf 38 mm bei den jeweiligen Proben fest eingestellt.

Die Meßergebnisse sind in Fig. 20 gezeigt. In dieser Zeichnung bezeichnet die horizontale Achse die Länge A1 (in mm) der Pulverlage 108, während die vertikale Achse die Leckagemenge (in cm³/min) zeigt. Wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, wird bei beiden Proben S1 und S2 bestätigt, daß das Dichtvermögen mit der Zunahme der Länge A1 der Pulverlage 108 verbessert wird. Die Leckagemenge von der Probe S1 mit der Länge B1 von 10 mm ist geringer als die Leckagemenge von der Probe S2 mit der Länge B1 von 5,4 mm in dem Gesamtmeßbereich. Insbesondere wenn die Länge A1 5 mm beträgt oder größer ist, ist die Leckagemenge von der Probe S1 geringer als 2 cm³/min, was ein ausreichendes Dichtvermögen darstellt.

Als nächstes wurde die Wirkung eines Verfahrens zum Verstemmen des Hülsenabschnittes 152 untersucht. Genauer gesagt wurden zwei Arten an Zündkerzen S3 und S4 als Testproben vorbereitet. Bei der Probe S3 wurde das Verstemmen des Hülsenabschnittes 152 durch ein Kaltverstemmen und ein Warmverstemmen ausgeführt, während bei der Probe S4 das Verstemmen des Hülsenabschnittes 152 nur durch ein Kaltverstemmen, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 19 beschrieben ist, ausgeführt wurde. Bei beiden Proben S3 und S4 wurde die Länge A1 der Pulverlage 108 auf 5,5 mm festgelegt, wurde die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes 151 auf 10,7 mm festgelegt und wurde die Länge H (siehe Fig. 17) auf 38 mm festgelegt. Danach wurde die Dichteigenschaft der Proben S3 und S4, d. h. die Leckagemengen von den Proben S3 und S4, im Hinblick auf die Temperatur der Dichtung 158 im wesentlichen in der gleichen Weise, wie dies vorstehend beschrieben ist, gemessen.

Das Warmverstemmen wurde, nachdem das Kaltverstemmen in der unter Bezugnahme auf Fig. 19 beschriebenen Weise ausgeführt wurde, bei einem Zustand ausgeführt, in dem die Temperatur des Nutabschnittes 154 auf ungefähr 800°C durch ein Zuführen eines großen Betrages an Strom (ungefähr 9000 A) zu dem Gehäuse 105 erhöhte wurde. Des weiteren wurde ähnlich wie bei dem Kaltverstemmen das Warmverstemmen unter Verwendung der ersten und der zweiten Verstemmspanneinrichtung 71 und 72, die in Fig. 19 gezeigt sind, ausgeführt.

Die Meßergebnisse sind in Fig. 21 gezeigt. In Fig. 21 zeigt die horizontale Achse die Temperatur, während die vertikale Achse die Leckagemenge zeigt. Wie dies aus der Zeichnung hervorgeht war die Leckagemenge von der Probe S3, die durch ein Kaltverstemmen und durch ein Warmverstemmen ausgebildet war, geringer als die Leckagemenge von der Probe S4, die nur durch ein Kaltverstemmen ausgebildet wurde. Insbesondere im Hochtemperaturbereich war der Unterschied in der Leckagemenge zwischen den Proben S3 und S4 groß und die Abnahme des Dichtvermögens der Probe S3 war im Vergleich zu derjenigen von der Probe S4 gering. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, daß das Warmverstemmen beim Verbessern der Dichteigenschaft insbesondere im Hochtemperaturbereich wirkungsvoll ist.

D.h., nach dem Kaltverstemmen wird ein Warmverstemmen in einem Zustand ausgeführt, in dem das Gehäuse so erwärmt ist, das es weich ist. Demgemäß zieht sich, wenn der verstemmte Abschnitt wieder die Normaltemperatur erreicht hat, der verstemmte Abschnitt zusammen, während der Isolator noch fester sitzt, was zu einer weiteren Verbesserung des Abdichtvermögens führt. Bei dem Warmverstemmen wird eine Druckspannung nicht nur auf den Hülsenabschnitt 152 aufgebracht, sondern auch auf den Nutabschnitt 154, der weich gemacht worden ist, was eine verbesserte Dichteigenschaft zwischen dem Nutabschnitt 154 und dem Isolator 4 bewirkt. Vorzugsweise wird das Warmverstemmen dann ausgeführt, wenn die Temperatur des Nutabschnittes 154 600°C oder mehr beträgt, so daß der Nutabschnitt 154 weich geworden ist und er verformt werden kann. Noch eher ist es vorzuziehen, daß das Warmverstemmen dann ausgeführt wird, wenn die Temperatur des Nutabschnittes 154 sich in dem Bereich von 850°C bis 900°C befindet.

Andererseits wird das Kaltverstemmen bei einer Temperatur ausgeführt, die geringer als 100°C ist, um eine ausreichende Härteeigenschaft vorzusehen. Vorzugsweise wird das Kaltverstemmen bei Raumtemperatur ausgeführt. Außerdem wird bei diesem Ausführungsbeispiel bestätigt, das bei der Zündkerze eine ausreichende Dichteigenschaft vorgesehen werden kann, selbst wenn die Länge H 38 mm oder mehr beträgt.

Danach wurden drei Arten an Zündkerzen S5, S6 und S7 mit sich voneinander unterscheidenden Abmessungen vorbereitet und deren Haltbarkeit bzw. Lebensdauer wurde untersucht. Die vorbereiteten Zündkerzen hatten eine Länge A1 der Pulverlage von 5,5 mm. Bei der Probe S5 betrug die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes 151 5,4 mm und bei den Proben S6 und S7 betrug die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes 151 10,7 mm. Des weiteren wurden die Hülsenabschnitte 152 der Proben S5 und S6 nur durch ein Kaltverstemmen verstemmt, während der Hülsenabschnitt 152 der Probe S7 durch ein Kaltverstemmen und ein Warmverstemmen verstemmt wurde.

Danach wurde die Haltbarkeit bzw. die Lebensdauer von jeder Zündkerze auf der Grundlage der Gasleckagemengen untersucht. Die Gasleckagemengen wurden in einem Zustand gemessen, in dem die Zündkerze an einem Gasmotor angebracht war, der bei einer Motordrehzahl von 1200 U/min und einer Belastung von 100% angetrieben wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 22 gezeigt. In dieser Zeichnung zeigt die horizontale Achse die Lebensdauer (in Stunden) und die vertikale Achse zeigt die Leckagemenge. Wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist, wurde beim Vergleichen der Probe S5 mit der Probe S6 herausgefunden, daß die Lebensdauer außerordentlich verbessert ist, wenn die Länge B1 des Zündkerzenanbringabschnittes auf 10,7 mm verlängert wird.

Wenn des weiteren die Proben S6 und S7 die gleichen Maße für die Längen A1 und B1 haben, wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Lebensdauer der Probe S7, bei der das Kaltverstemmen und das Warmverstemmen ausgeführt wurde, gegenüber der Probe S6, bei der nur das Kaltverstemmen ausgeführt wurde, weiter verbessert.

Die Zündkerze bei diesen Ausführungsbeispielen ist für einen Verbrennungsmotor der Kombigenerationsbauart geeignet, der bei einem durchschnittlichen Verbrennungsdruck von 10 kg/cm³ oder mehr betrieben wird.

Die Zündkerze 10 hat den Isolator 4 mit dem Durchgangsloch 41, der sich in seiner axialen Richtung erstreckt und den Isolatorfußabschnitt 45 an seinem Ende, den Widerstand 6, der in dem Durchgangsloch angeordnet ist, die mittlere Elektrode 2, die in dem Durchgangsloch so angeordnet ist, das sie einer an der Seite der mittleren Elektrode befindlichen Endseite des Widerstandes zugewandt ist und von der Isolatorendseite des Isolatorfußabschnittes vorsteht, und das Gehäuse 5, das den Isolator hält. Die Länge T zwischen der Isolatorendseite und der an der Seite der mittleren Elektrode befindlichen Endseite des Widerstandes ist genauso groß wie das 1,5-fache der Länge K des Isolatorfußabschnittes in der axialen Richtung oder größer. Demgemäß wird verhindert, daß die Temperatur an dem Kontaktabschnitt zwischen dem Widerstand und der mittleren Elektrode zunimmt, was zu einer langen Lebensdauer der Zündkerze führt.

Claims

1. Zündkerze (10) für einen Verbrennungsmotor mit:
einem Isolator (4) mit einem Durchgangsloch (41), das sich in einer axialen Richtung des Isolators erstreckt, und einem Isolatorfußabschnitt (45) an einem ersten Endabschnitt in der axialen Richtung,
einem Widerstand (6), der in dem Durchgangsloch angeordnet ist und aus einem Widerstandsmaterial durch ein Verschweißen ausgebildet ist,
einer mittleren Elektrode (2), die in dem Durchgangsloch so angeordnet ist, das sie einer an der Seite der mittleren Elektrode befindlichen Endseite des Widerstandes zugewandt ist und von einer Isolatorendseite (44) des Isolatorfußabschnittes vorragt,
einem Gehäuse (5), das in ihm den Isolator hält und einen Gewindeabschnitt (51) hat, um an dem Verbrennungsmotor angebracht zu werden, und
einer Masseelektrode (3), die an dem Gehäuse befestigt ist und der mittleren Elektrode zugewandt ist, um einen Funkenzwischenraum (G) dazwischen zu definieren,
wobei eine erste Länge (T) zwischen der Isolatorendseite und der an der Seite der mittleren Elektrode befindlichen Endseite des Widerstandes genauso groß wie das 1,5-fache einer zweiten Länge (K) des Isolatorfußabschnittes in der axialen Richtung oder größer ist.

2. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei
der Gewindeabschnitt des Gehäuses einen Durchmesser hat, der 18 mm oder mehr beträgt, und einen Gewindebereich hat, der 12 mm oder mehr beträgt, und
der Isolator einen Isolatorkopfabschnitt (42) an einem zweiten Endabschnitt, der entgegengesetzt zu dem ersten Endabschnitt ist, hat, wobei der Isolatorkopfabschnitt einen Durchmesser hat, der 12 mm oder mehr beträgt, und eine Länge in der axialen Richtung hat, die 40 mm oder mehr beträgt.

3. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Widerstand durch ein Zusammenschweißen einer Mischung, die ein Kohlenstoffsystemwiderstandsmaterial, keramische Pulver und Glaspulver umfaßt, ausgebildet ist.

4. Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei eine Endseite des Widerstandes an der Seite des Isolatorkopfabschnittes sich näher zu der mittleren Elektrode befindet als ein Ende des Gehäuses an der Seite des Isolatorkopfabschnittes.

5. Zündkerze (10a) für einen Verbrennungsmotor mit:
einem Isolator (4) mit einem Durchgangsloch (41), das sich in einer axialen Richtung des Isolators erstreckt,
einer mittleren Elektrode (2), die in dem Durchgangsloch angeordnet ist und von einer ersten Isolatorendseite (44) des Isolators in der axialen Richtung vorragt,
einer Anschlußelektrode (21), die in dem Durchgangsloch so angeordnet ist, das sie mit der mittleren Elektrode elektrisch verbunden ist und von einer zweiten Isolatorendseite (43) des Isolators in der axialen Richtung vorragt,
einem Gehäuse (5), das zumindest einen Abschnitt des Isolators an der Seite der mittleren Elektrode hält, und
einer Masseelektrode (3), die an dem Gehäuse befestigt ist und der mittleren Elektrode zugewandt ist, um einen Funkenzwischenraum (G) dazwischen zu definieren,
wobei die Gesamtlänge (L) des Isolators zwischen der ersten Isolatorendseite und der zweiten Isolatorendseite in der axialen Richtung 90 mm oder mehr beträgt,
eine Länge (M) zwischen der zweiten Isolatorendseite und einer Endseite des Gehäuses einer Seite an der zweiten Isolatorendseite 40 mm oder mehr beträgt,
eine Vorsprungsfläche (S) der zweiten Isolatorendseite eine Größe in dem Bereich von 80 mm² bis 200 mm² hat.

6. Zündkerze gemäß Anspruch 5, wobei die Gesamtlänge des Isolators eine Größe in dem Bereich von 90 mm bis 130 mm hat.

7. Zündkerze gemäß Anspruch 5, wobei die Länge zwischen der zweiten Isolatorendseite und der Endseite des Gehäuses eine Größe in dem Bereich von 40 mm bis 80 mm hat.

8. Zündkerze gemäß Anspruch 5, wobei der Isolator einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt in der axialen Richtung hat.

9. Zündkerze gemäß Anspruch 5, wobei eine Außenumfangsfläche des Isolators an der zweiten Isolatorendseite des Gehäuses flach ist.

10. Zündkerze gemäß Anspruch 5, wobei eine Außenumfangsfläche des Isolators an der zweiten Isolatorendseite des Gehäuses eine Rille hat, deren Durchmesserunterschied 0,7 mm oder weniger beträgt.

11. Zündkerze gemäß Anspruch 5, wobei eine Außenumfangsfläche des Isolators an der Seite der zweiten Isolatorendseite des Gehäuses Rillen hat, deren Anzahl weniger als 5 beträgt.

12. Zündkerze (10b) für einen Verbrennungsmotor mit:
einem Isolator (4) mit einem Durchgangsloch (41), das sich in einer axialen Richtung des Isolators erstreckt,
einer mittleren Elektrode (2), die in dem Durchgangsloch angeordnet ist und von einer ersten Isolatorendseite des Isolators in der axialen Richtung vorragt,
einem zylindrischen Gehäuse (105), das an einer Außenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist und einen polygonalen Anbringabschnitt (151), der gedreht wird, wenn die Zündkerze an dem Verbrennungsmotor angebracht wird, und einen Hülsenabschnitt (152) an einer Seite des polygonalen Anbringabschnittes hat, die entgegengesetzt zu der ersten Isolatorendseite ist, wobei der Hülsenabschnitt für ein Ausbilden eines ringförmigen Raumes (106) mit der Außenumfangsfläche des Isolators durch ein Verstemmen vorhanden ist,
einer Masseelektrode (3), die an dem Gehäuse befestigt ist, und der mittleren Elektrode zugewandt ist, wobei sich ein Funkenzwischenraum (G) dazwischen befindet, und
einer Pulverlage (108), die den ringförmigen Raum ausfüllt,
wobei eine Länge (A1) der Pulverlage in der axialen Richtung eine Größe in einem Bereich von 5 mm bis 8 mm hat und
eine Länge (B1) des polygonalen Anbringabschnittes in der axialen Richtung eine Größe in einem Bereich von 10 mm bis 15 mm hat.

13. Zündkerze gemäß Anspruch 12, wobei der Hülsenabschnitt durch ein Kaltverstemmen und ein Warmverstemmen verstemmt wird.

14. Zündkerze gemäß Anspruch 13, wobei
das Gehäuse einen Absatzabschnitt (159) an seiner Innenfläche an einem Ende an einer Seite einer ersten Isolatorendseite hat, wobei der Absatzabschnitt den Isolator aufnimmt, und
eine Länge (H) zwischen dem Hülsenabschnitt und einem vorderen Ende des Absatzabschnittes 38 mm oder mehr beträgt.

15. Zündkerze gemäß Anspruch 13, wobei das Gehäuse einen dünnen Nutabschnitt (154) an einer Seite des polygonalen Anbringabschnittes, die zu dem Hülsenabschnitt entgegengesetzt ist, und einen dicken vorstehenden Abschnitt (153) an einer Seite des Nutabschnittes, die zu dem polygonalen Anbringabschnitt entgegengesetzt ist, hat und der Hülsenabschnitt verstemmt wird, in dem eine Druckspannung zwischen dem Hülsenabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt in der axialen Richtung aufgebracht wird.

16. Zündkerze gemäß Anspruch 15, wobei
das Kaltverstemmen ausgeführt wird, wenn der Nutabschnitt eine Temperatur von weniger als 100°C hat, und
das Warmverstemmen ausgeführt wird, wenn der Nutabschnitt eine Temperatur von mehr als 600°C hat.

17. Zündkerze gemäß Anspruch 12, wobei der Verbrennungsmotor von einer Kombigenerationsbauart ist, der bei einem durchschnittlichen Verbrennungsdruck von 10 kg/cm³ betrieben wird.

18. Zündkerze (10b) für einen Verbrennungsmotor mit
einem Isolator (4) mit einem Durchgangsloch (41), das sich in einer axialen Richtung des Isolators erstreckt,
einer mittleren Elektrode (2), die in dem Durchgangsloch angeordnet ist und von einer ersten Isolatorendseite des Isolators in der axialen Richtung vorsteht,
einem zylindrischen Gehäuse (105), das an einer Außenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist und einen polygonalen Anbringabschnitt (151), der gedreht wird, wenn die Zündkerze an dem Verbrennungsmotor angebracht wird, und einen Hülsenabschnitt (152) an einer Seite des polygonalen Anbringabschnittes, die zu der ersten Endseite des Isolators entgegengesetzt ist, hat, wobei der Hülsenabschnitt für ein Ausbilden eines ringförmigen Raumes (106) mit der Außenumfangsfläche des Isolators durch ein Verstemmen vorhanden ist,
einer Masseelektrode (3), die an dem Gehäuse befestigt ist und der mittleren Elektrode zugewandt ist, wobei sich ein Funkenzwischenraum (G) dazwischen befindet, und
einer Pulverlage (108), die den ringförmigen Raum füllt,
wobei der Hülsenabschnitt durch ein Kaltverstemmen und ein Warmverstemmen verstemmt ist.

19. Zündkerze gemäß Anspruch 18, wobei
das Gehäuse einen Absatzabschnitt (159) an seiner Innenfläche an einem Ende der ersten Isolatorendseite hat, wobei der Absatzabschnitt den Isolator aufnimmt, und
eine Länge (H) zwischen dem Hülsenabschnitt und einem vorderen Ende des Absatzabschnittes 38 mm oder mehr beträgt.

20. Zündkerze gemäß Anspruch 18, wobei
das Gehäuse einen dünnen Nutabschnitt (154) an einer zu dem Hülsenabschnitt entgegengesetzten Seite des polygonalen Anbringabschnittes und einen dicken vorstehenden Abschnitt (153) an einer zu dem polygonalen Anbringabschnitt entgegengesetzten Seite des Nutabschnittes hat und
der Hülsenabschnitt verstemmt wird, indem eine Druckspannung zwischen dem Hülsenabschnitt und dem vorstehenden Abschnitt in der axialen Richtung aufgebracht wird.

21. Zündkerze gemäß Anspruch 20, wobei
das Kaltverstemmen ausgeführt wird, wenn der Nutabschnitt eine Temperatur von weniger als 100°C hat, und
das Warmverstemmen ausgeführt wird, wenn der Nutabschnitt eine Temperatur von mehr als 600°C hat.