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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Zündkerze,
bei der ein an eine Mittelelektrode angebrachtes Edelmetallstück und eine
Entladefläche
einer Erdungselektrode einander gegenüber angeordnet sind.
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Bislang gestaltete sich der Ein-
und Ausbau von Zündkerzen
in Kraftfahrzeugsverbrennungsmotoren aufgrund der steigenden Zahl
an Ausrüstungsteilen
schwierig. Dabei stieg der Bedarf an längerlebigen Zündkerzen,
wodurch Einbauarbeiten verringert oder überflüssig gemacht werden.
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Zudem verlangt die jüngste Entwicklung
hin zur Energieeinsparung Fahrzeugverbrennungsmotore mit besserer
Kraftstoffverwertung und einer Verbrennung bei niedrigeren Konzentrationen,
was Zündkerzen
höherer
Zündleistung
erfordert.
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Ein herkömmliches Beispiel für. die Lösung dieser
Probleme ist die in den 13 bis 15 gezeigte Zündkerze
(Japanische geprüfte
Patenveröffentlichung
Nr. 62-31797 B2 Diese Zündkerze
hat eine Mittelelektrode 1 und Erdungselektroden 21 und 22, die
gegenüber
dem Kopf 10 der Mittelelektrode 1 angeordnet sind.
Der Kopf 10 der Mittelelektrode 1 hat an der gegenüber den
Funkenspitzen 219 und 229 der Erdungselektroden 21 und 22 befindlichen
Stelle eine Edelmetallscheibe 3.
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Die Basis 19 der Mittelelektrode 1 ist
in den Hohlraum eines Isolators 4 eingesetzt und befestigt. Der
Isolator 4 ist in den Hohlraum des Metallgehäuses 5 eingesetzt
und befestigt, auf das die Erdungselektroden 21 und 22 gebildet
sind. Funken werden an den zwischen der Edelmetallscheibe 3 und
den Funkenspitzen 219 und 229 befindlichen Funkenspalten
erzeugt.
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In der vorstehenden Zündkerze
ist die Berührungsfläche zwischen
der Mittelelektrode 1 und dem Edelmetallring 3 groß, da der.
Kopf 10 der Mittelelektrode 1 über seinen gesamten Umfang
einen Edelmetallring 3 aufweist. Daher wird aufgrund der
unterschiedlichen Wärmeausdehnung
des die Mittelelektrode 1 bildenden Elektrodenmaterials
und des den Edelmetallring 3 bildenden Edelmetalls zwischen dem
Kopf 10 der Mittelelektrode 1 und dem Edelmetallring 3 eine
Wärmebeanspruchung
verursacht.
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Dies kann Risse im Edelmetallring 3 bzw.
ein Ablösen
oder Abfallen des Edelmetallringes 3 verursachen. Der abgelöste Edelmetallring
kann sogar den Funkenspalt kurzschließen. Daher ist mit der Zündkerze
trotz der Verwendung des Edelmetallstückes keine verlängerte Lebensdauer
erreichbar.
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Ein, anderes herkömmliches Beispiel ist die in 16 gezeigte Zündkerze
(Japanische geprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 3-50396 B2 Diese Zündkerze
hat eine äußere Elektrode 25,
eine Mittelelektrode 1 mit einem zwischen sich und der äußeren Elektrode 25 befindlichen
flächigen
Entladespalt Y oder Flächenentladespalt
Y, einen Isolator 45, in dem die Mittelelektrode 1 eingesetzt
und befestigt ist und ein die Basis 46 des Isolators 45 befestigendes
Metallteil 55.
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Ein Edelmetallteil 30 ist
mit dem Kopf 10 der Mittelelektrode 1 verbunden.
Der vom Isolator 45 herausragende Kopf 47 des
Isolators 45 hat einen geringen Durchmesserabschnitt 471 mit
einem kleineren Durchmesser als der der Basis 46.
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Zwischen der Funkenspitze 26 der äußeren Elektrode 25 und
dem kleinen Durchmesserabschnitt 471 des Isolators 45 befindet
sich ein Spalt Z.
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Dieser Zündkerze ist mit einem 14 mm
- Gewinde eingebaut.
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Jedoch ist der zwischen der Funkenspitze 26 und
dem Isolator 45 befindliche Spalt Z so entworfen, daß er ungefähr halb
so groß wie
der Flächenentladespalt
Y ist. Daher können
Funken selbst im Falle, daß ein
Motor, in dem diese Zündkerzen
eingebaut sind, gestartet wird, an dem Spalt Z auftreten, wenn Kohlenstoff
oder andere Materialien an dem kleinen Durchmesserabschnitt 471 des
Isolators 45 haften oder wenn die Funkenspannung an dem
Flächenentladespalt
Y in Abhängigkeit
von den Motorbetriebsbedingungen steigt.
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Daher erlischt ein an dem eigentlich
engeren Spalt Z erzeugter Flammenkeim leichter als an dem Flächenentladespalt
Y.
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Zudem ist der Spalt Z nicht leicht
für das Luft-Kraftstoff-Gemisch zugänglich,
da er von der äußeren Elektrode 25 und
dem Isolator 45 umgeben ist. Ferner breiten sich Funken
am Spalt Z weniger leicht in der übrigen Verbrennungskammer aus
als Funken an dem Flächenentladespalt
Y, da sich der Spalt Z nach dem Einbau in die Verbrennungskammer
weiter weg von der Mitte der Verbrennungskammer befindet als der
Flächenentladespalt
Y.
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Aus diesen Gründen zeigen Funken an dem Spalt
Z nicht nur eine sehr geringe Zündleistung,
sondern treten diese bei gewöhnlichen
Motorbetriebsbedingungen häufig
auf. Daher bleibt die Zündleistung der
vorstehenden Zündkerze
ungenügend.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der Erfindung,
eine Zündkerze
mit längerer
Lebensdauer und höherer
Zündleistung
zu schaffen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Zündkerze,
in der ein Isolator in den Hohlraum eines eine Erdungselektrode
aufweisenden Metallgehäuses
eingesetzt und befestigt wurde, wobei die Basis einer Mittelelektrode
in den Hohlraum des Isolators eingesetzt und befestigt wurde. Der
Kopf der Mittelelektrode und die Erdungselektrode befinden sich einander
gegenüber,
wobei der Kopf der Mittelelektrode eine gegenüber der Entladefhäche der
Erdungselektrode befindliche Planfläche hat und sich ein Verbindungsabschnitt
von der Planfläche
in Richtung auf die Basis erstreckt. Die Planfläche hat ein Edelmetallstück an einer
gegenüber
der Entladefläche
der Erdungselektrode befindlichen Stelle, wobei die Entladefläche der
Erdungselektrode zwischen sich und dem Edelmetallstück einen
Funkenspalt G, zwischen sich und der Neigungsfläche einen minimalen Spalt A
und zwischen sich und der Kopffläche
des Isolators einen minimalen Spalt B aufweist, wobei an dem Spalt
G Funken auftreten und an den Spalten A und B keine Funken auftreten.
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Dabei erfüllen der Funkenspalt G, der
minimale Spalt A und der minimale Spalt B die Beziehungen
Zwischenraum
A ≥ 1,2·Zwischenraum
G; und
Zwischenraum B ≥ Zwischenraum
G.
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In der vorliegenden Erfindung hat
die Entladefläche
der Erdungselektrode zwisehen sich und dem Edelmetallstück einen
Funkenspalt G, zwischen sich und dem Verbindungsabschnitt einen
einen minimalen Spalt A, und zwischen sich und der Kopffläche des
Isolators einen minimalen Spalt B. Der Funkenspalt G, der minimale
Spalt A und der minimale Spalt B erfüllen die Beziehungen
Zwischenraum
A ≥ 1,2·Zwischenraum
G; und
Zwischenraum B ≥ Zwischenraum
G.
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Gilt Zwischenraum A < 1,2·Zwischenraum
G, so treten zwischen der Entladefläche der Erdungselektrode und
dem Verbindungsabschnitt (siehe 7)
wahrscheinlich Funken auf.
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Gilt Zwischenraum B < Zwischenraum G,
so steigt das Luft-Kraftstoffyerhältnis für eine optimale Verbrennung
im Verbrennungsmotor (siehe 8), so
daß ein
konzentriertes Luft-Kraftstoff-Gemisch erforderlich ist.
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In einer bevorzugten Bauart sollte
die Axiallänge
L der Planfläche
der vorstehenden Mittelelektrode und der senkrecht zur vorstehenden
Planfläche befindlichen
Querschnittsfläche
S vorzugsweise die Beziehung S/L ≥ 0,7
erfüllen
(siehe 10).
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Bei S/L < 0,7 kann auf der Berührungsfläche zwischen
dem Edelmetallstück
und der Planfläche Oxidation
auftreten, so daß sich
das Edelmetallstück möglicherweise
ablöst.
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Die Mittelelektrode hat an ihrem
Ende eine oder mehrere Planflächen,
welche in parallel zur Achse der Mittelelektrode verlaufenden und
gegenüber der
Entladefläche
der Erdungselektrode befindlichen Ebenen liegen.
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Ein Edelmetallstück ist nur an der gegenüber der
Entladefläche
befindlichen Stelle an die Planfläche angebracht. Das Edelmetallstück ist ein
Flachstück,
wie etwa eine Scheibe oder eine quadratische Platte.
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Das Edelmetallstück enthält eine der Lebensdauer der
Zündkerze
entsprechende Edelmetallmenge, wie etwa eine Pt-Ir-Ni-Legierung, Pt-Ir-Legierung,
Pt-Ni, Pt-Ag, reines Platin, Pt-W, Pt-Ru-Pd.
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Die Entladefläche der Erdungselektrode sollte
vorzugsweise parallel zur Oberfläche
des Edelmetallstücks
sein, um gleichmäßige Funken
zu garantieren.
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In der Zündkerze der vorliegenden Erfindung erfüllen der
zwischen der Entladefläche
der Erdungselektrode und dem Edelmetallstück befindliche Funkenspalt
G, und der zwischen der Entladefläche und dem Verbindungsabschnitt
der Mittelelektrode befindliche minimale Spalt A die Beziehung:
Zwischenraum A ≥ 1,2·Zwischenraum
G. Funken treten daher kaum an dem minimalen Spalt A auf, wodurch
die Funkenhäufigkeit
an dem Funkenspalt G maximiert wird (siehe 7).
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Zudem wird eine hohe Zündleistung
bei Luft-Kraftstoff-Gemischen
mit geringen Konzentrationen gewährleistet.
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Der Funkenspalt G und der zwischen
der Entladefläche
der Erdungselektrode und dem Isolatorkopf befindliche minimale Spalt
B erfüllen
die Beziehung: Zwischenraum B ≥ Zwischenraum
G. Dies beseitigt mögliches
Auftreten von Funken an dem minimalen Spalt B. Selbst wenn ferner
Kohlenstoff oder andere Stoffe an der Isolatorspitze haften, sind
Funken an dem minimalen Spalt B nicht möglich. Somit ist die Funkenhäufigkeit
an dem zwischen der Entladefläche
und dem am dichtesten gelegenen Edelmetallstück befindlichen Funkenspalt
G hoch.
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Zudem ist der Funkenspalt für Luft-Kraftstoff-Gemische
problemlos zugänglich,
da der Funkenspalt G nahe an dem Kopf der Mittelelektrode angeordnet
ist, wodurch die Ausbreitung des an dem Funkenspalt erzeugten Flammenkeimes
unterstützt wird.
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Wird die Zündkerze der vorliegenden Erfindung
in einer Verbrennungskammer eingebaut, so zeigt der Mittelelektrodenkopf
in Richtung auf den Mittelpunkt der Verbrennungskammer. Daher breitet sich
die aus den Funken an dem Funkenspalt G resultierende Flamme problemlos
in der übrigen
Verbrennungskammer aus.
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Somit verbessert eine gesteigerte
Funkenhäufigkeit
an dem Funkenspalt G die Zündleistung der
Zündkerze.
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Zusätzlich ist an der Planfläche der
Mittelelektrode ein flaches Edelmetallstück angebracht. Das Edelmetallstück berührt die
Planfläche
in einer Ebene, wodurch eine gleichmäßige und feste Berührung über die
gesamten Berührungsflächen dieser
Teile gewährleistet
ist.
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Das Edelmetallstück ist lediglich an der Stelle
angebracht, an der zwischen der Erdungselektrode und der Mittelelektrode
Funken auftreten. Der am meisten beanspruchte Abschnitt der Mittelelektrode wird
daher durch des Edelmetallstück
geschützt,
wodurch eine Beschädigung
der Mittelelektrode verhindert und somit die Lebensdauer der Zündkerze
verlängert
wird.
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Zudem enthält das Edelmetallstück eine
mit der Lebensdauer der Zündkerze übereinstimmende Menge
an Edelmetall, so daß eine
maximale Ausnutzung der minimalen Edelmetallmenge ermöglicht wird.
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Wie vorstehen erklärt schafft
die vorliegende Erfindung eine Zündkerze
mit längerer
Lebensdauer und höherer
Zündleistung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt,
teilweise im Querschnitt, eine Seitenansicht des Hauptteils einer
Zündkerze
eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine Draufsicht der Zündkerze
in 1;
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Mittelelektrode an der Stelle, an
der in 1 Edelmetallstücke enthalten
sind;
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4 zeigt
eine Perspektivansicht eines Hauptteils des in 1 gezeigten Hauptteils;
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5 zeigt,
teilweise im Querschnitt, eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Zündkerze;
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6 zeigt
ein schematisches Diagramm mit Funkenpositionen in einer teilweisen
Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;
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7 zeigt
einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis (A/G) des minimalen Spalts A
zum Funkenspalt G und der Funkenhäufigkeit im zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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8 zeigt
ein Diagramm mit der Beziehung zwischen dem Verhältnis (A/G) des minimalen Spalts A
zum Funkenspalt G und der unteren Verbrennungsgrenze oder der Verbrennungsgrenze
mit der geringsten Kraftstoffkonzentration in einem vierten Ausführungsbeispiel;
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9 zeigt
ein schematisches Diagramm des Ablösezustands aufgrund von Oxidation
in der Berührungsfläche zwischen
der Mittelelektrode und der Edelmetallkopffläche bzw. -kopfseite in einem fünften Ausführungsbeispiel;
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10 zeigt
einen Graph, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis S/L einer senkrecht zur Planfläche stehenden
Querschnittsfläche
S zur Länge
L einer Planfläche
und der Oxidationsrate in dem fünften
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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11 zeigt
eine Draufsicht der Zündkerze in
einem sechsten Ausführungsbeispiel;
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12 zeigt
eine teilweise Seitenansicht der Zündkerze in dem sechsten Ausführungsbeispiel;
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13 zeigt,
teilweise im Querschnitt, eine Seitenansicht des Hauptteils einer
aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerze;
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14 zeigt
eine Draufsicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerze;
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15 zeigt
eine horizontale Querschnittsansicht des Mittelelektrodenkopfs der
aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerze; und
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16 zeigt,
teilweise im Querschnitt, eine Seitenansicht des Hauptteils einer
anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerze;
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Eine Zündkerze der vorliegenden Erfindung wird
in den 1 bis 5 erklärt.
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In der Zündkerze dieses Ausführungsbeispiels
ist ein Isolator 4 in den Hohlraum eines Metallgehäuses 5 eingesetzt
und befestigt, das gemäß 1 Erdungselektroden 21 und 22 hat.
Die Basis 19 einer Mittelelektrode 1 ist in den
Hohlraum des Isolators 4 eingesetzt und befestigt. Der
Kopf 10 der Mittelelektrode 1 und die Erdungselektroden 21 und 22 befinden
sich einander gegenüber.
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Gemäß den 2 bis 4 hat
der Kopf 10 der vorstehend erwähnten Mittelelektrode 1 Planflächen 111 und 121,
die sich gegenüber
der Entladeflächen 211 und 221 der
Erdungselektroden 21 und 22 befinden, und in diesem
Fall aus zwei, sich ausgehend von den Planflächen 111 und 121 in
Richtung auf die Basis 19 erstreckende Neigungsflächen 101 und 102 bestehende
Verbindungsabschnitte.
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Edelmetallstücke 31 und 32 sind
an die Planflächen 111 und 121 an,
sich gegenüber
den Entladeflächen 211 und 221 der
Erdungselektroden 21 und 22 befindlichen Stellen
angebracht.
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Gemäß 1 haben die Entladeflächen 211 und 221 der
Erdungselektroden 21 und 22 einen zwischen sich
und den Edelmetallstücken 31 und 32 befindlichen
Funkenspalt G, einen zwischen sich und den Neigungsflächen 101 und 102 befindlichen
minimalen Spalt A, und einen zwischen sich und der Kopffläche 41 des
Isolators 4 befindlichen minimalen Spalt B. Der Funkenspalt
G, der minimale Spalt A und der minimale Spalt B erfüllen die
Beziehungen: Zwischenraum A ≥ 1,2·Zwischenraum
G, und Zwischenraum B ≥ Zwischenraum
G.
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Eine Axiallänge L der Planflächen 111 und 121 der
Mittelelektrode 1 und die senkrecht zu den Planflächen 111 und 121 stehende
Querschnittsfläche
S erfüllen
die Beziehung S/L ≥ 0,7.
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Die Planflächen 111 und 121 liegen
auf Ebenen, die parallel zur Achse der Mittelelektrode 1 verlaufen
und sich gegenüber
den Entladeflächen 211 und 221 der
Erdungselektroden 21 und 22 befinden. Die Edelmetallstücke 31 und 32 sind
an die gegenüber
den Entladeflächen 211 und 221 befindlichen Postionen
an die Planflächen 111 und 121 lediglich widerstandsverschweißt. Die
Oberfläche
der Edelmetallstücke 31 und 32 liegen
parallel zu den Entladeflächen 211 und 221 der
Erdungselektroden 21 und 22, so daß gleichmäßige Funken
erzeugt werden.
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Die Edelmetallstücke 31 und 32 sind
Scheiben mit einem Durchmesser von 1,0 mm und einer Stärke von
0,4 mm. Die Edelmetallstücke 31 und 32 enthalten
eine der erforderten Lebensdauer der Zündkerze entsprechende Edelmetallmenge,
sie bestehen aus einer Legierung aus 78 Gew% Pt, 20 Gew% Ir, 2 Gew.%
Ni.
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Der Durchmesser der Mittelelektrode 1,
ausgenommen den Durchmesserabschnitt der Planflächen 111 und 121,
beträgt
2,5 mm. Die Mittelelektrode 1 besteht aus hitzeverträglicher
Ni-Legierung. Die Erdungselektroden 21 und 22 bestehen
aus hitzeverträglicher
Ni-Legierung. Der Isolator 4 besteht aus herkömmlichen
gesinterten Aluminium.
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In der Zündkerze dieses Ausführungsbeispiels
wird gemäß 5 zusätzlich zur Basis 19 der Mittelelektrode 1 ein
Innenwiderstand 135 und ein Anschluß 136 in den Hohlraum 40 des
Isolators 4 eingesetzt und befestigt. Zudem wird leitfähiges Glas 134 zwischen
der Mittelelektrode 1 und dem inneren Widerstand 135 verschmolzen
und befestigt.
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Abdichtungen 131 und 132 sind
so eingesetzt, daß zwischen
dem Glas 4 und dem Metallgehäuse 5 luftdicht abgeschlossen
ist. Das Glas 4 ist durch Kröpfen des Mittelabschnittes 51 des
Metallgehäuses 5 befestigt.
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ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Beziehung
zwischen dem Verhältnis
(A/G) des minimalen Spalts A zum Funkenspalt G und der Funkenhäufigkeit
ausgewertet.
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Die Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
wurde in einer Druckkammer eingebaut. Die Druckkammer wurde mit
Luft unter einen Druck von 7 kg/cm2 gesetzt.
Unter dieser Bedingung entlädt
sich die Zündkerze
bei der gleichen Spannung wie in einem Fahrzeugmotor. Die Zündkerze wurde
unter Verwendung einer bei der Zündung
in Fahrzeugmotoren üblichen
Stromversorgung entladen.
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Wurde die Zündkerze gemäß 6 mit einem variierenden Wert A/G entladen,
traten die Funken g an dem Funkenspalt G auf. Funken a traten ebenfalls
an dem minimalen Spalt A zwischen der Entladefläche 211 der Erdungselektrode 21 und
der Neigungsfläche 101 der
Mittelelektrode 1 auf.
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Das Auftreten der Funken g ist dem
starken elektrischen Feld an der Oberseite 18 der Planfläche 111 und
an der Oberseite 28 der Entladefläche 211 aufgrund der
zugespitzten Formen der Oberseiten 18 und 28 zuzuschreiben.
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Das Auftreten von Funken ist zudem
dem starken elektrischen Feld an der Unterseite 109 der Neigungsfläche 101 und
an der Unterseite 29 der Entladefläche 211 aufgrund der
zugespitzten Formen der Oberseiten 18 und 28 zuzuschreiben.
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Keine Funken traten an dem minimalen
Spalt B zwischen der Entladefläche 211 der
Erdungselektrode 21 und der Kopffläche 41 des Isolators 4 auf.
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Anschließend wurde die Häufigkeit
der Funken g und die Häufigkeit
der Funken a gemessen, während
das Verhältnis
A/G variiert wurde. Die Häufigkeit
wurde als jeweiliger Funkenanteil (%) einer Anzahl von Funken a
und g bezogen auf 1000 zwischen der Entladefläche 211 und dem Kopf 10 der Mittelelektrode 1 erzeugten
Funken ausgedrückt.
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Das Ergebnis ist in 7 gezeigt. Wie aus der Figur ersichtlich,
nahm bei steigendem Wert A/G die Häufigkeit der Funken g zu und
die der Funken a ab. In anderen Worten steigt die Häufigkeit
der Funken g mit dem, im Vergleich zum Zwischenraum des Funkenspalts
G zunehmenden Zwischenraum des minimalen Spalts A. Betrug die Breite
des minimalen Spalts A das 1,2-fache des Funkenspalts G oder mehr,
verschwanden die Funken a fast, wohingegen die Häufigkeit der Funken g nahezu
maximal wurde.
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Bei genauerer Auswertung des Ergebnisses wurde
herausgefunden, daß die
Funken g nahe dem Kopfende der Mittelelektrode 1 auftreten.
Wird daher eine Zündkerze
in eine Verbrennungskammer eingebaut, so ist das Kopfende der Mittelelektrode 1 in Richtung
auf die Mitte der Verbrennungskammer offen.
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Dies erhöht die Zugänglichkeit der Funken g zum
Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Zudem breiten sich die Flammen problemlos in der übrigen Kammer
aus, da die Funken g nahe an der Mitte der Verbrennungskammer sind.
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Somit wird angenommen, daß die gesteigerte
Häufigkeit
der Funken g die Zündleistung
der Zündkerze
verbessert.
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Da andererseits der durch die Funken
a erzeugte Flammenkeim von der Mittelelektrode 1 und den
Erdungselektroden 21 und 22 umgeben ist, hat der
Flammenkeim keinen leichten Zugang zum Luft-Kraftstoff-Gemisch,
so daß er
sich nur schwerlich ausdehnt.
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Selbst wenn sich der Flammenkeim
ausdehnt, breitet sich die Flamme kaum in der übrigen Verbrennungskammer aus,
da die Funken a von der Mitte der Verbrennungskammer beabstandet
sind, woraus sich eine niedrige Zündleistung ergibt.
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DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Beziehung
zwischen dem zwischen der Entladefläche der Erdungselektrode und
der Kopffläche
des Isolators befindlichen minimalen Spalt B und dem zwischen der
Entladefläche
und dem Edelmetallstück
befindlichen Funkenspalt G ausgewertet.
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Die Auswertung wurde durchgeführt, indem leitende
Paste auf die Kopffläche
des Isolators 4 aufgetragen und diese eingebrannt wurde,
so daß ein elektrischer
Kanal zwischen der Mittelelektrode und der Kopffläche des
Isolators gebildet wurde. Dadurch wurde ein Zustand, bei dem Kohlenstoff
an der Kopffläche
des Isolators haftet, wiedergegeben. Der minimale Spalt B und der
Funkenspalt G wurden gleichgesetzt.
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Unter Verwendung dieses Aufbaus,
wurde die Zündkerze
unter denselben Bedingungen wie im vorstehenden zweiten Ausführungsbeispiel
entladen.
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Als Ergebnis traten keine Funken
an dem minimalen Spalt B auf. An dem Spalt G traten häufig Funken
auf. Es wird angenommen, daß aufgrund
des schwachen elektrischen Feldes an der Kopffläche des Isolators 4 Funken
an dem minimalen Spalt B selbst bei B = G nicht auftreten, da die
Kopffläche
des Isolators 4 flach ist oder eine leicht konvexe Form
mit großem
Krümmungsradius
besitzt.
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VIERTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Beziehung
zwischen dem Verhältnis
(A/G) des minimalen Spalts A zum Funkenspalt G und der Zündleistung
der Zündkerze
ausgewertet.
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Der minimale Spalt A zwischen den
Entladeflächen 211 und 221 der
Erdungselektroden 21 und 22 und den Neigungsflächen 101 und 102 wurde
in dem Bereich von 0,8 bis 1,4 mm variiert, so daß sich das
Verhältnis
(A/G) des zwischen der Entladefläche und
der Neigungsfläche
befindlichen minimalen Spalts A zum. zwischen der Entladefläche und
dem Edelmetallstück
befindlichen Funkenspalt G gemäß 8 (Versuchsstück 1 bis 4) änderte.
Der Funkenspalt G betrug 1,0 mm und der zwischen der Entladefläche und
der Kopffläche
des Isolators 4 befindliche minimale Spalt B 2,4 mm.
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Die Dimensionen und Materialien der
Mittelelektrode 1, der Edelmetallstücke 31 und 32,
und der Erdungselektroden 21 und 22 waren dieselben
wie in der Zündkerze
des vorstehenden ersten Ausführungsbeispiels.
Die Mittelelektrode 1, die Edelmetallstücke 31 und 32 und
die Erdungselektroden 21 und 22 wurden in die
Zündkerze
NIPPONDENSO CO., LTD's
PK20R gebaut.
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Was die Meßbedingungen betrifft, so wurde ein
wassergekühlter
Vierzylinder-Viertakt-Motor mit 1500 cc bei 650 UpM im Leerlauf
betrieben. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wurde zur Zündkerze
geleitet, während
das Luft-Kraftstoffverhältnis
langsam in Richtung auf eine geringere Konzentration geändert wurde.
Das Luft-Kraftstoffverhältnis,
bei dem die Verbrennung im Motor beginnt fehlzuzünden, würde als untere Verbrennungsgrenze
bzw. Verbrennungsgrenze bei der geringsten Kraftstoffkonzentration
definiert. Wenn der Motor fehlzündet,
strömen
die Kohlenwasserstoffe (HC) im Kraftstoff direkt mit dem Abgas aus.
Die untere Verbrennungsgrenze kann durch Beobachtung dieser Komponenten
bestimmt werden.
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Als Vergleich wurde dieselbe Messung
zusätzlich
unter Verwendung der herkömmlichen,
als ein Beispiel einer verwandten Technik beschriebenen, in der
Japanischen geprüften
Patentveröffentlichung
Nr. 3-50396 gezeigten Zündkerze
als Versuchsstück
C1 genommen. Diese herkömmliche Zündkerze
hat bezüglich
der Dimensionen der Zündkerze
des ersten Ausführungsbeispiels
folgende Dimensionen: G = Y = 1,0; A = B = Z = 0,5 und A/G = 0,5
(siehe 16).
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Die Ergebnisse der Messungen sind
in 8 gezeigt.
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Wie aus der Figur ersichtlich lag
das Luft-Kraftstoffverhältnis bei 17,
sobald A/G gleich 1,2 oder größer war
(Versuchsstücke 3 und 4).
Andererseits lag bei dem Versuchsstück 1 und dem Versuchsstück C1 das
Luft-Kraftstoffverhältnis an
der unteren Verbrennungsgrenze bei ungefähr 16.
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Ausgehend von diesen Ergebnissen
wurde herausgefunden, daß Luft-Kraftstoff-Gemische
mit geringen Konzentrationen zünden
können,
wenn das Verhältnis
(A/G) des minimalen Spalts A zum Funkenspalt G 1,2 oder größer ist.
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FÜNFTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde die Beziehung
zwischen der Form der Planfläche
und dem Ablösen
der Edelmetallschicht aufgrund von Oxidation ausgewertet.
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Ein wassergekühlter Sechszylinder-Viertakt-Motor
mit 2000 cc wurde für
100 Stunden in Perioden von einer Minute im Leerlauf und einer Minute bei
5000 UpM (Maximallast) betrieben, um die Zündkerze einer Wärmebeanspruchung
auszusetzen.
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Es wurde dieselbe Zündkerze
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet. Die Axiallänge
L der Planfläche
und die senkrecht zur Planfläche befindliche
Querschnittsfläche
S wurden verändert, um
die verschiedenen Formen von Mittelelektroden zu überprüfen.
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Das an die Mittelelektrode angebrachte Edelmetallstück wurde
aus einer Legierung mit 78 Gew.% Pt, 20 Gew.% Ir, und 2 Gew.% Ni
hergestellt.
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Gemäß 9 trat nach dem Start des Motorbetriebs
in einigen Fällen
in der Zündkerze
ein Ablösen 71 und 72 aufgrund
von Oxidation an der zwischen dem Edelmetallstück 31 und der Mittelelektrode 1 befindlichen
Berührungsfläche 7 auf.
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Die Beziehung zwischen S/L und der
Oxidationsrate ist in 10 gezeigt.
Die Oxidationsrate ist das prozentuale Verhältnis der Ablöselänge (d1
+ d2) aufgrund der Oxidation an dem Durchmesser D des Edelmetallstückes 31 gemäß 9.
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Ist gemäß der Figur S/L gleich 0,7
oder größer, wurde
die Oxidationsrate an der Berührungsfläche niedriger
als ungefähr
35 %; ist S/L kleiner als 0,7, stieg die Oxidationsrate plötzlich an.
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Das Ergebnis wurde wie folgt interpretiert:
Die
Berührungsfläche zwischen
der Planfläche 111 der
Mittelelektrode 1 und dem Edelmetallstück 31 erfährt beim
Erwärmen
eine Wärmebeanspruchung. Diese
Wärmebeanspruchung
ist geringer, wenn die Maximaltemperatur der Berührungsfläche gering ist. Die Maximaltemperatur
der Berührungsfläche 7 ist abhängig von
einem Gleichgewicht zwischen der beim Erwärmen von dem Luft-Kraftstoff-Gemisch aufgenommenen
Wärme und
der Wärmeleitung
in der Axialrichtung der Mittelelektrode 1, d.h.
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von dem Kopf der Mittelelektrode
zum Hohlraum 40 des Isolators 4.
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Kann eine Mittelelektrode 1 aufgenommene Wärme problemlos
entlang ihrer Achse ableiten, so kann die Mittelelektrode 1 die
Wärmebeanspruchung an
der Berührungsfläche 7 abbauen,
selbst wenn die Mittelelektrode 1 eine große Wärmemenge
von dem Luft-Kraftstoff-Gemisch aufnimmt.
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Gemäß dem allgemeinen Hauptsatz
der Wärmeleitung,
ist die Wärmeleitfähigkeit
in der Planfläche
der Mittelelektrode 1 größer, wenn die senkrecht zu
den Planflächen
befindliche Querschnittsfläche
S größer und
die Axiallänge
L der Planflächen kleiner
ist.
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Unter der Annahme, daß die von
dem Luft-Kraftstoff-Gemisch aufgenommene Wärme konstant ist, wird somit
die Maximaltemperatur des Edelmetallstückes bei größer werdendem S/L geringer und
verringert sich die Wärmebeanspruchung
in der Berührungsfläche. Daher
kann die Oxidation an der Berührungsfläche verhindert
werden, wenn S/L gleich 0,7 oder größer ist.
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Aufgrund dieser Überlegung ist ersichtlich, daß, wenn
S/L ≥ 0,7
ist, Ablösen
aufgrund von Oxidation bis auf ein geringes Ausmaß unterdrückt werden kann.
Dadurch wird verhindert, daß das
Edelmetallstück
abfällt.
Folglich wird die Lebensdauer der Zündkerze verlängert.
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Unter Verwendung eines Edelmetallstückes aus
einer Legierung mit 80 Gew.% Pt und 20 Gew.% Ir wurden dieselben
Ergebnisse erzielt.
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SECHSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Die Zündkerze dieses Ausführungsbeispiels hat
gemäß den 11 und 12 eine Mittelelektrode 1 mit
drei Planflächen
131, 141 und 151 und
gegenüber
den drei Planflächen 131, 141 und 151 angeordnete
Erdungselektroden 23, 24 und 25. Flache
Edelmetallstücke 33, 34 und 35 werden
auf die Planflächen 131, 141 und 151,
und zwar an gegenüber
den Entladeflächen
der Erdungselektrode 23, 24 und 25 befindlichen
Stellen, widerstandsverschweißt.
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Die Mittelelektrode 1 hat
eine sich von der Planfläche 141 zur
Basis 19 erstreckende Neigungsfläche 104. Zudem erstrecken
sich Neigungsflächen von
den Planflächen 131 und 151 zur
Basis 19, obwohl diese nicht in der Figur gezeigt sind.
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Andere Merkmale gleichen denen in
dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Dieses Ausführungsbeispiel hat dieselbe Wirkung
wie das erste Ausführungsbeispiel.
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Der Kopf 10 der Mittelelektrode 1 befindet sich
gegenüber
der Erdungselektroden 21 und 22. Der Kopf 10 hat
gegenüber
den Entladeflächen
der Erdungselektroden 211 und 221 befindliche
Planflächen 111 und 121 sowie
sich von den Planflächen
zur Basis 19 erstreckende Neigungsflächen 101 und 102.
Die Planflächen
haben an, sich gegenüber
den Entladeflächen
befindlichen Stellen Edelmetallstücke 31 und 32.
Die Entladeflächen
haben einen zwischen sich und dem Edelmetallstück befindlichen Funkenspalt
G , einen zwischen sich und der Neigungsfläche befindlichen minimalen
Spalt A und einen zwischen sich und der Kopffläche 40 des Isolators 4 befindlichen
minimalen Spalt B. Der Funkenspalt G, der minimale Spalt A und der
minimale Spalt B erfüllen
die Beziehungen Zwischenraum A ≥ 1,2·Zwischenraum G,
und Zwischenraum B ≥ Zwischenraum
G. Die Axiallänge
L der Planfläche
und die senkrecht zur Planfläche
befindliche Querschnittsfläche
S sollten bevorzugt der Beziehung S/L ≥ 0 folgen.