DE60010960T2

DE60010960T2 - Zündkerze für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE60010960T2
Application number: DE60010960T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Nagoya-shi Matsubara; Akio Nagoya-shi Kokubu; Kazumasa Nagoya-shi Yoshida; Makoto Nagoya-shi Yamaguchi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: EP1039602A1; EP1039602B1; JP4187343B2; DE60010960D1; US6225752B1; JP2000277230A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze zur Verwendung als eine Zündquelle eines Verbrennungsmotors, und insbesondere eine Zündkerze des Halboberflächen-Entladungstyps mit einer Struktur, bei der die Zündoberfläche einer Masseelektrode entgegengesetzt zu der äußeren Oberfläche einer Mittelelektrode angeordnet ist.
Bisher ist eine Zündkerze des Halboberflächen-Entladungstyps mit einer in 14 und 15A bis 15C gezeigten Struktur bekannt. 14 ist eine Teilschnittansicht der Halboberflächen-Entladungstyp-Zündkerze. 15A ist eine Schnittansicht, die einen Vorderendeabschnitt (ein Funkenentladungsabschnitt) der in 14 gezeigten Zündkerze zeigt. 15B ist eine Zeichnung, die einen Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser (einen Spalt) zeigt, der zwischen einem vorderen Ende 24a eines länglichen Schenkelabschnitts 24, gezeigt in 15A, und einer äußeren Oberfläche 12a einer Mittelelektrode 12 gebildet ist. 15C ist eine Zeichnung, die die Dicke des vorderen Endes 24e des in 15A gezeigten länglichen Schenkelabschnitts 24 zeigt.
Man beachte, dass die Beschreibung so erfolgt, dass der in 14 gezeigte untere Abschnitt der Vorderendeabschnitt ist, und der obere Abschnitt der Hinterendeabschnitt ist.
Die Halboberflächen-Entladungstyp-Zündkerze 10 ist mit einem isolierenden Element 20 aus Aluminiumoxid oder dergleichen versehen. Das isolierende Element 20 umfasst einen Rillenabschnitt 22, der im Hinterendeabschnitt davon gebildet ist, und einen länglichen Schenkelabschnitt 24, der im Vorderendeabschnitt gebildet und zu einer Pyramidenform geformt ist. Das isolierende Element 20 hat ein axiales Loch 26, das längs einer Mittelachse 18 des isolierenden Elements 20 gebildet ist. Ein Anschluss 13 ist in einem Hinterendeabschnitt in dem axialen Loch 26 untergebracht. Das Hinterende des Anschlusses 13 ragt über das Hinterende des Rillenabschnitts 22 hinaus. Die Mittelelektrode 12 ist durch einen Glaswiderstand 11 in dem axialen Loch 26 an einer Stelle angrenzend an den Anschluss 13 untergebracht. Die Mittelelektrode 12 ist zu einer Stabform geformt und besteht aus einer hauptsächlich aus Nickel bestehenden Legierung. Eine Vorderfläche 12f der Mittelelektrode 12 ragt über das vordere Ende des länglichen Schenkelabschnitts 24 des isolierenden Elements 20 hinaus.
Das vordere Ende des isolierenden Elements 20 ist in einer Hauptmetallhülse 14 untergebracht, die zu einer zylindrischen Form geformt ist. Ein vorderes Ende 24e des länglichen Schenkelabschnitts 24 ragt aus einer offenen Vorderfläche 14c der Hauptmetallhülse 14 hervor. Ein Dichtungselement 17 ist zwischen dem hinteren Ende des länglichen Schenkelabschnitts 24 und der Hauptmetallhülse 14 angeordnet. Ein männlicher Gewindeabschnitt 14a, der eingerichtet ist, in einen für einen Zylinderkopf des Motors vorgesehenen weiblichen Gewindeabschnitt geschraubt zu werden, ist um das vordere Ende des Hauptmetallabschnitts 14 herum gebildet. Ein Basisabschnitt 16c jeder von Masseelektroden 16 ist an einer Vorderfläche 14c der Hauptmetallhülse 14 befestigt.
Jede der Masseelektroden 16 ist in eine L-ähnliche Form gebogen, die der Mittelachse 18 gegenüberliegt. Eine Zündfläche 16a am vorderen Ende jeder der Masseelektroden 16 ist gegenüber der äußeren Oberfläche 12a der Mittelelektrode 12 angeordnet, sodass ein Zündabschnitt SG zwischen der Zündfläche 16a und der äußeren Oberfläche 12a gebildet wird (s. 15A). Wie in 15A gezeigt, ist ein erster Spalt g1 zwischen der äußeren Oberfläche 12a der Mittelelektrode 12 und einer Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 gebildet. Ein zweiter Spalt g2 ist zwischen der äußeren Oberfläche des vorderen Endes 24e des länglichen Schenkelabschnitts 24 und der Zündfläche 16a gebildet.
Wie in 14 gezeigt ist ein sechseckiger Abschnitt 14b am hinteren Ende der Hauptmetallhülse 14 geformt, um einem Werkzeug, z.B. einem Steckschlüssel, zu erlauben, an dem sechseckigen Abschnitt 14b befestigt zu werden, wenn der männliche Gewindeabschnitt 14a in einen für den Zylinderkopf des Motors vorgesehenen weiblichen Gewindeabschnitt 14a geschraubt wird.
Der Wärmeausdehnungskoffizient ist zwischen der aus Metall bestehenden Mittelelektrode 12 und dem aus Aluminiumoxidkeramik bestehenden isolierenden Element 20 unterschiedlich. Es besteht daher ein Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen den zwei Elementen. Um einen Bruch des isolierenden Elements 20 zu verhindern, ist ein Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser (ein Spalt) 15 zwischen der äußeren Oberfläche 12b der Mittelelektrode 12 und dem axialen Loch 26 gebildet, wie in 15B gezeigt.
Wie in 15c gezeigt wird ein Schnittpunkt zwischen einer Verlängerungslinie 60a, die durch nach außen Verlängern einer Linie 60, die eine Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt angibt, gezogen wird, und einer Verlängerungslinie 61a gebildet, die durch Verlängern einer Linie 61, die eine Seitenfläche 24c des verlängerten Schenkelabschnitts 24 in Richtung der Seitenfläche 24f des Zündabschnitts angibt, gezogen wird. Der Abstand (nachstehend "Dicke" genannt) tp von dem Schnittpunkt zu einer Linie 65, die die Innenfläche des axialen Lochs 26 angibt, beträgt 1.1 mm. Die Lücke ga des zweiten Spalts g2 ist 0.5 mm. Die Länge L (der Abstand in Axialrichtung von der Sei tenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 zu einer Verschlussfläche 24g, mit der das Dichtungselement 17 verbunden ist, wie in 14 gezeigt) des länglichen Schenkelabschnitts 24 beträgt 12 mm. Die Differenz zwischen (nachstehend die "Durchmesserdifferenz Δϕd" genannt) zwischen dem Durchmesser ϕd1 der Mittelelektrode 12 und dem Durchmesser ϕd2 des axialen Lochs beträgt 0.09 mm. Der Abstand Δϕd/2 des Abschnitts mit unterschiedlichem Durchmesser 15 ist 0.09 mm/2 = 0.045 mm.
Der männliche Gewindeabschnitt 14a der Hauptmetallhülse 14 wird in den weiblichen Abschnitt des Zylinderkopfes geschraubt. Die wie oben beschrieben strukturierte Halboberflächen-Entladungstyp-Zündkerze 10 wird daher mit dem Zylinderkopf so verbunden, dass die Masseelektroden 16, das vordere Ende 24e des länglichen Schenkelabschnitts 24 und das vordere Ende der Mittelelektrode 12 dem Innenabschnitt der Brennkammer des Motors dargeboten werden. Dann wird ein Kabel mit hohem elektrischen Widerstand mit dem Anschluss 13 verbunden. Wenn eine Entladespannung angelegt wird, wird ein Funke zwischen der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 und der Mittelelektrode 12 gezündet. Das Gemisch in der Brennkammer wird folglich gezündet.
Die Reinigungsfähigkeit eines durch die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor erzeugten Funkens wird nun mit Verweis auf 16 beschrieben, die das Prinzip der Reinigungsfähigkeit zeigt.
Wie in 16 gezeigt, wird die Entladespannung so angelegt, dass die Mittelelektrode 12 negative Polarität hat und die Masseelektroden 16 positive Polarität haben. Der längliche Schenkelabschnitt 24 wird daher dank dielektrischer Polarisation mit der positiven Polarität geladen. Daraus folgt, dass in dem am Ende 12g der Mittelelektrode 12 erzeugten Funken enthaltene negativ geladene Partikel zu der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 gezogen werden. Die negativ geladenen Partikel erreichen daher die Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 durch einen Entladungsdurchgang, der entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 gebildet ist, wie in 16 mit Symbol S gezeigt.
Leitfähige Schmutzsubstanzen, denen erlaubt st, an der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 infolge Verschmutzung zu haften, werden daher durch den Funken abgebrannt.
Das heißt, die Schmutzfestigkeit der Halboberflächen-Entladungstyp-Zündkerze mit der vor erwähnten Funken-Reinigungsfähigkeit ist der einer Luftentladungs-Zündkerze überlegen.
Wenn sich Funken oft entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 bewegen, bewirkt die Energie des Funkens, dass die Seitenfläche 24f verbraucht wird. Daher wird manchmal eine Rille 24k (s. 16) gebildet. Das heißt, es tritt manchmal eine so genannte "Kanalisierung" auf. Wenn die Kanalisierung fortschreitet, wird ein Durchgangsabschnitt in einem Teil des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an die Entladepassage S gebildet. Als Folge tritt ein Bruch des länglichen Schenkelabschnitts 24 auf, oder der Wärmewiderstand verschlechtert sich. Das heißt, es ist zu befürchten, dass sich die Haltbarkeit der Zündkerze verschlechtert.
Wenn Metalloxide oder dergleichen, die infolge von Metallpulver, das infolge des Verbrauchs und infolge der Verbrennung entsteht, erzeugt werden, in den Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser 15 (s. 15B) eingebracht und abgelagert werden, wird der Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser 15 verstopft. Wenn in dem vorerwähnten Zustand Wärmezyklen mit großem Temperaturunterschied schnell wiederholt werden, bewirkt der Unterschied zwischen der Wärmeausdehnung des länglichen Schenkelabschnitts 24 und der der Mittelelektrode 12 manchmal, dass der längliche Schenkelabschnitt 24 zerbrochen wird. Das heißt, es ist zu befürchten, dass sich die Haltbarkeit der Zündkerze verschlechert.
Wenn der Abstand des Abschnitts mit unterschiedlichem Durchmesser 15 vergrößert wird, wird die Wärmeverringerung unzufriedenstellend. Daher tritt Vorzündung auf, d.h. der Wärmewiderstand verschlechtert sich. Wenn ein Versuch unternommen wird, die Wärmeverringerung zu verbessern, muss die Länge L des länglichen Schenkelabschnitts 24 verkürzt werden.
In den letzten Jahren führt die Zunahme der Motorleistung zu der Forderung nach einer Zündkerze mit verbesserter Haltbarkeit.
EP-A-0 899 840 offenbart Zündkerzen eines halbkriechenden Entladungstpys, bei denen eine zwischen die Mittelelektrode und die Masseelektrode angelegte Entladespannung so ist, dass die Polarität der Mittelelektrode in Bezug auf die Masseelektrode positiv ist. Diese Anordnung verbessert die Festigkeit gegen Kanalisierung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zündkerzen-Zündsystem für einen Verbrennungsmotor zu verwirklichen, das ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein Zündkerzen-Zündsystem bereit, das umfasst:
eine Zündkerze, die umfasst: ein isolierendes Element mit einem axialen Loch, das entlang eines Mittelschaftes gebildet ist, eine stabförmige Mittelelektrode, die in dem axialen Loch untergebracht ist, und eine Masseelektrode, mit der ein Zündabschnitt gegenüber der Außenfläche der Mittelelektrode gebildet ist, wobei die Zündkerze wenigstens eine der folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllt: (a) wenn das isolierende Element entlang der Mittelachse geschnitten wird und eine erste Verlängerungslinie in der Form, die entsteht, wenn eine Linie verlängert wird, die eine Endfläche des isolierenden Elements an den Zündabschnitt angrenzend anzeigt, und eine zweite Verlängerungslinie in der Form, die entsteht, wenn eine Linie verlängert wird, die die Außenfläche des isolierenden Elements in der Nähe des Zündabschnitts anzeigt, gezogen werden, beträgt der Abstand tp von einem Schnittpunkt zwischen der ersten und der zweiten Verlängerungslinie zu einer Linie, die eine Innenfläche des axialen Lochs angrenzend an den Zündabschnitt anzeigt, 1.0 mm oder weniger (tp <= 1.0 mm), und (b) die Differenz (ϕd₂ – ϕd₁) zwischen dem Durchmesser ϕd₁ der Mittelelektrode und dem Durchmesser ϕd₂ des axialen Lochs beträgt 0.8 mm oder weniger {(ϕd₂ – ϕd₁) <= 0.8 mm}; und eine Spannungsanlegeeinrichtung, die eine Spannung zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode so anlegt, dass die Polarität der Mittelelektrode positiv ist und die der Masseelektrode negativ ist.
Wenn Spannung zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode so angelegt wird, dass die Polarität der Mittelelektrode positiv ist, wird das isolierende Element, in dem die Mittelelektrode untergebracht ist, infolge von dielektrischer Polarisation negativ geladen. Daher werden elektrostatische abstoßende Wirkungen von dem in den negativ geladenen Zustand gebrachten isolierenden Element auf negativ geladene Partikel ausgeübt, die in dem von der Zündfläche der Masseelektrode erzeugten Funken enthalten sind. Die Möglichkeit, dass die negativ geladenen Partikel einen Weg (in 12A mit Symbol S angedeutet) entfernt von dem isolierenden Element wählen, um die Mittelelektrode zu erreichen, wird daher erhöht. Nämlich, die Möglichkeit, dass die Passage entlang der Endfläche des ioslierenden Elements angrenzend an den Zündabschnitt gewählt wird, wird gesenkt.
Das Auftreten von Kanalisierung kann daher verhindert werden. Außerdem kann positive Korona leicht von der Mittelelektrode bewegt werden, um das Auftreten von Durchdringung am vorderen Ende des isolierenden Elements zu verhindern. Die Haltbarkeit der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor kann daher verbessert werden. Da der Verbrauch des vorderen Endes des isolierenden Elements verhindert werden kann, kann die Menge an Metall pulver, die infolge des Verbrauchs erzeugt und in den Spalt zwischen der Mittelelektrode und dem axialen Loch eingebracht wird, verringert werden. Daraus folgt, dass ein Bruch des isolierenden Elements infolge des Unterschieds zwischen der Wärmeausdehnung der Mittelelektrode und der des isolierenden Elements verhindert werden kann.
Wenn eine Spannung zwischen die Mittelelektrode und die Masseelektrode so angelegt wird, dass die Polarität der Mittelelektrode positiv ist, kann die Haltbarkeit der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor verbessert werden.
Die vorangehenden Wirkungen werden in den folgenden Experimenten bewiesen.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke tp des isolierenden Elements 1.0 mm oder weniger. In der vorliegenden Anmeldung ist die "Dicke tp" des isolierenden Elements wie folgt definiert. Nämlich, wenn das isolierende Element entlang der Mittelachse geschnitten wird und eine erste Verlängerungslinie in der Form, die entsteht, wenn eine Linie verlängert wird, die eine Endfläche des isolierenden Elements an den Zündabschnitt angrenzend anzeigt, und eine zweite Verlängerungslinie in der Form, die entsteht, wenn eine Linie verlängert wird, die die Außenfläche des isolierenden Elements in der Nähe des Zündabschnitts anzeigt, gezogen werden, ist der Abstand von einem Schnittpunkt zwischen der ersten und der zweiten Verlängerungslinie zu einer Linie, die eine Innenfläche des axialen Lochs angrenzend an den Zündabschnitt anzeigt, die Dicke tp des isolierenden Elements. Die obige Dicke ist kleiner als die (tp = 1.1 mm) der in 15 gezeigten herkömmlichen Struktur. Das Volumen des vorderen Endes des isolierenden Elements kann daher reduziert werden. Als Folge kann die Wärmekapazität des vorderen Endes des isolierenden Elements verringert werden.
Daraus folgt, dass die Temperatur des vorderen Endes des isolierenden Elements erhöht werden kann. Als Folge können leitfähige Schmutzsubstanzen, z.B. Kohlenstoff und Metalloxide, die an dem vorderen Ende des isolierenden Elements haften können, leicht abgebrannt werden. Das heißt, die Haltbarkeit kann noch weiter verbessert werden.
Da die Wärmekapazität des vorderen Endes des isolierenden Elements schnell gekühlt werden kann, wenn das Gemisch in die Brennkammer eingeführt wird, kann folglich das Auftreten von Vorzündung verhindert werden.
Da die Dicke des vorderen Endes des isolierenden Elements verringert werden kann, kann der Luftspalt zwischen der Zündfläche der Masseelektrode und dem isolierenden Element vergrößert werden. Als Folge wird die Leitung zwischen der Masseelektrode und dem isolierenden Element infolge der Ablagerung von Kohlenstoff oder dergleichen, die eine so genannte "Brücke" ist, verhindert werden.
Wie oben beschrieben kann die Menge an verbrauchtem Metallpulver in den Spalt zwischen der Mittelelektrode und dem axialen Loch reduziert werden. Der Spalt zwischen der Mittelelektrode und dem axialen Loch kann daher verengt werden. Zum Beispiel beträgt nach dem zweiten Aspekt der Erfindung die Differenz (Δϕd) zwischen dem Durchmesser der Mittelelektrode und dem Durchmesser des axialen Lochs 0.08 mm oder weniger. Da die obige Differenz kleiner ist als die der in 15A gezeigten herkömmlichen Struktur (Δϕd = 0.09 mm), kann die Wärmereduktion verbessert werden.
Das heißt, nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Länge des Schenkels des isolierenden Elements verlängert werden, um den Wärmewiderstand zu verbessern.
Nach dem dritten Aspekt der Erfindung werden die Strukturen nach dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt eingesetzt. Die Haltbarkeit der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor kann daher noch weiter verbessert werden.
Ausführungen der Erfindung werden nun in Form von Beispielen mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Inhalt der Zeichnungen:
1A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die das vordere Ende einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist eine Zeichnung, die einen Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser zeigt, der zwischen der Mittelelektrode der in 1A gezeigten Zündkerze und einem länglichen Schenkelabschnitt gebildet ist, und 1C ist eine Zeichnung, die die Dicke des länglichen Schenkelabschnitts der in 1A gezeigten Zündkerze zeigt.
2 ist eine Tabelle, die Ergebnisse von Experiment 1 zeigt.
3 ist eine Zeichnung, die eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einer anderen Ausführung zeigt.
4 ist eine Zeichnung, die eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einer anderen Ausführung zeigt.
5A ist eine Zeichnung, die eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einer an deren Ausführung zeigt, und 5B ist eine Zeichnung, die die Dicke des isolierenden Elements zeigt.
6 ist eine Zeichnung, die eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einer anderen Ausführung zeigt.
7A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die das vordere Ende einer in Experiment 2 eingesetzten Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zeigt, und 7B ist eine Tabelle, die Ergebnisse von Experiment 2 zeigt.
8A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die das vordere Ende einer in Experiment 3 eingesetzten Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zeigt, und 8B ist eine Tabelle, die Ergebnisse von Experiment 3 zeigt.
9A ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines herkömmlichen Zündsystems zeigt, und 9B ist ein Schaltbild, das den Aufbau zeigt, der eingesetzt wird, wenn ein Teil der Spezifikationen des in 9A gezeigten Zündsystems geändert wurde.
10A bis 10C sind Schaltbilder, die ein Verfahren des grundlegenden Änderns des Zündsystems zeigen.
11 ist ein Diagramm, das den Gehalt einer Vor-Lieferung-Prüfung zeigt.
12A ist eine Zeichnung, die das Potenzial und einen Entladungsweg der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach der Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, und 12B ist eine Zeichnung, die einen Entladungsweg zeigt, der sich von dem in 12A gezeigten Entladungsweg unterscheidet.
13A ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, wo eine leitfähige Schicht für ein isolierendes Element bereitgestellt wird, und 13B ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, wo die leitfähige Schicht abgebrannt ist.
14 ist eine Teilschnittansicht, die eine herkömmliche halbkriechende Entladungs-Zündkerze zeigt.
15A ist eine Schnittansicht, die das vordere Ende der in 14 gezeigtem halbkriechenden Enfladungs-Zündkerze zeigt, 15B ist eine Zeichnung, die einen Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser (ein Spalt) zeigt, der zwischen dem vorderen Ende 24e des länglichen Schenkelabschnitts 24 und der Außenfläche 12a der in 15A gezeigten Mittelelektrode 12 gebildet ist, und 15C ist eine Zeichnung, die die Dicke des vorderen Endes 24e des in 15A gezeigten länglichen Schenkelabschnitts 24 zeigt.
16 ist eine Zeichnung, die das Prinzip des Selbstreinigungsvermögens der halbkriechenden Entladungs-Zündkerze zeigt.
Bevorzugte Ausführungen einer erfindungsgemäßen Zündkerze für einen Verbrennungsmotor werden nun mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben.
1A ist eine vergößerte Teilschnittansicht, die das vordere Ende einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung zeigt. 1B ist eine Zeichnung, die einen Abschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser zeigt, der zwischen der Mittelelektrode der in 1A gezeigten Zündkerze für einen Verbrennungsmotor und einem länglichen Schenkelabschnitt derselben gebildet ist. 1C ist eine Zeichnung, die die Dicke des länglichen Schenkelabschnitts der in 1A gezeigten Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zeigt.
Den gleichen Strukturen wie die der in 14 bis 16 gezeigten herkömmlichen Zündkerze sind die gleichen Verweiszeichen zugewiesen, und die gleichen Strukturen werden aus der Beschreibung weggelassen.
Wie in 1A gezeigt, wird ein schräger Abschnitt 24i, der in Richtung der Mittelachse einer Mittelelektrode 12 geneigt ist, für den hinteren Endabschnitt eines länglichen Schenkelabschnitts 24 bereitgestellt. Eine Verjüngung 24h, die in Richtung der Mittelachse verjüngt ist, wird für das obere Ende des geneigten Abschnitts 24i bereitgestellt. Ein gerader Abschnitt 26b, der sich in der Vertikalrichtung erstreckt, ist in einem Bereich von der Verjüngung 26h zu der Seitenfläche 24f gebildet.
Das heißt, die Dicke des isolierenden Elements in dem länglichen Schenkelabschnitt 24 ist, wie in 1C gezeigt, als der Abstand von einem Schnittpunkt 64 zwischen einer Verlängerungslinie 60a, die durch nach außen Verlängern einer Linie 60, die eine Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt anzeigt, gezeichnet wird, und einer Verlängerungslinie 63a, die durch Verlängern einer Linie 63, die eine Außenfläche 24m eines geraden Abschnitts 24b des länglichen Schenkelabschnitts 24 anzeigt, und einer Linie 65, die die Innenfläche eines axialen Lochs 26 anzeigt, gezeichet wird, definiert.
In dieser Ausführung beträgt der Durchmesser ϕd1 der Mittelelektrode 12 2.1 mm, und der Durchmesser ϕd2 des axialen Lochs 26 beträgt 2.1 mm + Δϕd. Man beachte, das Δϕd die Differenz zwischen dem Durchmesser der Mittelelektrode 12 und dem des axialen Lochs 26 ist. Der Abstand des Abschnitts mit unterschiedlichem Durchmesser, der zwischen der Außenfläche 12b der Mittelelektrode 12 und dem axialen Loch 26 gebildet ist, beträgt daher, wie in 1B gezeigt, Δϕd/2.
Die Höhe t1 des Vorsprungs der Mittelelektrode 12, der über die Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt vorspringt, beträgt 0.3 mm. Die Höhe t2 von der Seitenfläche 24f angrenzend an den Zündabschnitt zu einem oberen Ende 16c einer Zündfläche 16a von Masseelektroden 16 beträgt 0.5 mm.
Die Struktur einer Schaltung für die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit dem vorerwähnten Aufbau, um Spannung so anzulegen, dass die Polarität der Mittelelektrode 12 positiv ist, wird nun mit Verweis auf 9 und 10 beschrieben.
9A ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines herkömmlichen Zündsystems zeigt. 9B ist ein Schaltbild, das den Aufbau einer Schaltung zeigt, die eingesetzt wird, wenn ein Teil der Spezifikationen des in 9A gezeigten Zündsystems geändert wurde.
Wie in 9A gezeigt, enthält das herkömmliche Zündsystem einen negativen Anschluss 52a einer Primärspule 52, der mit einer Buchse 59 der Batterie verbunden ist. Desgleichen ist ein positiver Anschluss 52b mit einer Buchse 58 eines Zünders verbunden. Ein negativer Anschluss 53a einer Sekundärspule 53 ist mit einem Verteiler verbunden. Wenn die obige Verbindungsbeziehung umgekehrt wird, wie in 9B gezeigt, kann das Anlegen der Spannung so durchgeführt werden, dass die Polarität der Mittelelektrode 12 positiv ist.
Wenn die Konstruktion des Zündsystems grundlegend geändert wird, kann das folgende Verfahren angewendet werden. Das Verfahren des Änderns der Konstruktion wird in 10A bis 10C gezeigt.
Wenn das herkömmliche Zündsystem, wie in 10A gezeigt, so konstruiert wird, dass die Polarität des Ausgangs von der Sekundärspule 53, die die Zündspule 51 zu der Zündkerze bildet, negativ gemacht wird, wird die Konstruktion so geändert, dass die Wicklungsrichtung entweder der Sekundärspule 53 oder der Primärspule 52 umgekehrt ist, wie in 10B gezeigt. Außerdem ist die Verbindungsbeziehung zwischen der Sekundärspule 53, dem Verteiler und dem Zünder umgekehrt, wie in 10C gezeigt.
Die Arbeitsweise der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung wird nun beschrieben.
12A ist eine Zeichnung, die die Polarität der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung und einen Entladungsweg zeigt. 12B ist eine Zeichnung, die einem von dem in 12A gezeigten Entladungsweg abweichenden Entladungsweg zeigt.
Die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung ist, wie in 12A gezeigt, so aufgebaut, dass die Mittelelektrode 12 positiv geladen ist. Daher wird eine Annahme getroffen, dass die dielektrische Polarisation bewirkt, dass der längliche Schenkelabschnitt 24 des isolierenden Elements in den negativ geladenen Zustand gebracht wird. Obwohl ein Funke als ein Fluss von negativ geladenen Teilchen, die sich teilweise durch eine Passage entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt ausbreiten, gebildet wird, werden elektrostatische abstoßende Wirkungen, die von negativen Ladungen der Seitenfläche 24f verursacht werden, auf den Funken ausgeübt. Der Funke breitet sich daher hauptsächlich so aus, dass die Seitenfläche 24f angrenzend an den Zündabschnitt umgangen wird. Als Folge wird die Möglichkeit des Ausbreitens des Funkens entlang der Seitenfläch 24f angrenzend an den Zündabschnitt veringert. Daher kann in Betracht gezogen werden, dass eine Kanalisierung auf der Seitenfläche 24f angrenzend an den Zündabschnitt nicht ohne weiteres stattfindet.
Wenn die Mittelelektrode 12 positiv geladen ist, ist die Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelbschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt negativ geladen. Die Länge der Luftentladungspassage für einen Funken ist kürzer, wenn der Funke am oberen Ende 16c erzeugt wird, verglichen mit einem Fall, wo ein Funke am unteren Ende 16d der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 erzeugt wird. Daher kann in Betracht gezogen werden, dass die Möglichkeit, dass sich die Funkenentladung in einer Passage bewegt, die die Seitenfläche 24f angrenzend an den Zündabschnitt umgeht, erhöht wird.
Die Struktur der in 16 gezeigten herkömmlichen Zündkerze für einen Verbrennungsmotor bewirkt, dass die Länge der Luftentladungspassage kürzer ist, wenn sich der Funke entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt bewegt und sich in Richtung auf das untere Ende 16d der Zündfläche 16a bewegt. Die Häufigkeit, mit der sich Funken zu dem unteren Ende 16d bewegen, wird daher erhöht. Folglich kann leicht Kanalisierung stattfinden.
Eine andere Tatsache kann wie folgt in Betracht gezogen werden.
Wenn Hochspannung zwischen die Elektroden einer Zündkerze angelegt wird, tritt eine Koronaentladung vor der Funkenentladung auf. Die obige Erscheinung ist eine Leuchterscheinung, die infolge eines teilweisen elektrischen Durchbruchs auftritt, der in einem Abschnitt stattfindet, in dem das elektrische Oberflächenfeld stark ist. Es kann in Betracht gezogen werden, dass ein Zustand der Koronaentladung das Verhalten der Funkenentladung, die später auftritt, beherrscht (außerdem sind Glühentladung oder Bogenentladung unerwünschte Entladungen, weil die Elektrode verbraucht wird).
Es ist bekannt, dass der Zustand der Koronaentladung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in einer unterschiedlichen Weise auftritt. Wenn z.B. eine Nadelelektrode gegenüber einer Flächenelektrode angeordnet ist und die Spannung zwischen den Elektroden so erhöht wird, dass das Potenzial der Nadelelektrode positiv wird, wird nur ein dünner Lichtfilm, genannt "Glühkorona", (eine von Punktentladungserscheinungen) in einem Zustand erzeugt, wo der Spannungspegel niedrig ist. Man weiß, dass, wenn die Spannung erhöht wird, der Zustand leicht in einen "Bürstenentladung" genannten Zustand verschoben werden kann, bei dem sich Zweiglicht emittierende Abschnitte unterbrechend und heftig mit Schall ausbreiten. Man beachte, dass die Bürstenentladung manchmal von Streamerentladung unterschieden wird, die sich überdies der Funkenentladung annähert ("High Voltage Engineering", pp. 42, 1971, Asakura Bookseller).
Wenn das Potenzial der Nadelelektrode negativ gemacht wird, wird der Wechsel im Zustand der Entladung unklar. Wenn die Spannung erhöht wird, wird daher ein Entladungszustand wie die Glühkorona in der Nähe des vorderen Endes der Elektrode aufrechterhalten. Daraus folgt, dass der Zustand nicht ohne weiteres zu dem zweigförmigen Licht voranschreiten kann.
Es wird eine Überlegung angestellt, wenn die obige Erscheinung auf die Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze angewandt wird. Wenn das Potenzial der Mittelelektrode 12 änhlich wie bei der in 16 gezeigten herkömmlichen Struktur negativ gemacht wird, erreicht eine Korona, die z.B. in einen Bürstenentladungszustand fortgeschritten ist, die Mittelelektrode 12, sodass das obere Ende 16c und das untere Ende 16d der Masseelektroden 16 gewissermaßen vordere Enden der negativen Elektrode sind. Daher findet ein Zusammenbruch der Funkenentladung statt. In dem obigen Fall wird das elektrische Feld am unteren Ende 16d der Masseelektroden 16 maximal verstärkt. Der Entladungsweg kann daher ohne weiteres entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt gebildet werden.
Wenn das Potential der Mittelelektrode 12, ähnlich wie bei der in 12A gezeigten Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung, positiv gemacht wird, dient das Ende 12g der Mittelelektrode als das vordere Ende der positiven Elektrode. Die von dem vorderen Ende vorangeschrittene Korona erreicht daher die Zündfläche 16a der Masseelektroden 16. Daher kann in Betracht gezogen werden, dass ein Zusammenbruch der Funkenentladung stattfindet. In dem obigen Fall befinden sich die Masseelektroden 16 in der Luft fern von dem länglichen Schenkelabschnitt 24. Ein Einfluss des länglichen Schenkelabschnitts 24 kann daher nicht ohne weiteres auf die Konzentration von elektrischen Feldern ausgeübt werden.
Daraus folgt, dass der gebildete Entladungsweg enfwärts aufwärts getrennt von der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt liegt. Eine Kanalisierung der Seitenfläche 24f infolge von Funkenangriffen kann daher nicht leicht vorkommen.
Da sich die Korona von dem länglichen Schenkelabschnitt 24 erstreckt, tritt eine Durchdringung des länglichen Schenkelabschnitts 24 nicht leicht auf. Der Grund dafür wird nun betrachtet. Die in 16 gezeigte herkömmliche Struktur bewirkt, dass sich die Korona von der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 erstreckt. Daher wird eine Kraft der Hochspannung direkt auf den länglichen Schenkelabschnitt 24 ausgeübt. Andererseits ermöglicht es die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung mit der in 12A gezeigten Struktur, die an den länglichen Schenkelabschnitt 24 angelegte Spannung zu senken. Die Kraft kann daher verhindert werden.
Wenn sich die Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 dem unteren Ende 16d der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 nähert, verschlechtert sich manchmal der Kanalisierungswiderstand.
Da das Potenzial der angelegten Spannung während der Entladung an der Mittelelektrode 12 positiv ist, kann aus dem allgemeinen Verhalten der Koronaentladung auf der positiven Elektrodenseite geschlossen werden, dass sich die von dem Ende 12g der Mittelelektrode 12 vorangeschrittene Korona in Richtung auf die Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 erstreckt. Da sich die Korona dem unteren Ende 16d der Zündfläche 16a nähert, kann geschlossen werden, dass die Korona das untere Ende 16d erreicht und daher ein Zusammenbruch auftritt. Als Folge wird ein Entladungsweg entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 an einer Stelle angrenzend an das untere Ende 16d gebildet. Die Häufigkeit des Vorkommens wird daher manchmal erhöht. In dem obigen Fall ist es wirksam, eine Gegenmaßnahme einzusetzen, z.B. Bereitstellen von runden Ecken für das unteren Ende 16d der Zündfläche 16a oder Abrunden derselben, um die Häufigkeit des Vorkommens zu senken.
Das Funken-Reinigungsvermögen der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung wird nun mit Verweis auf 13 beschrieben.
13 ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem eine leitfähige Schicht auf dem isolierenden Element gebildet wurde. 13B ist eine Zeichnung, die einen Zustand zeigt, bei dem die leitfähige Schicht ausgebrannt ist.
Wenn eine Verschmutzung infolge von Kohlenstoffverschmutzung oder nasser Verschmutzung ernsthaft wird, wird eine leitende Schicht F, die aus leitenden Substanzen, z.B. Kohlenstoff und Metalloxiden, besteht, auf der Außenfläche des länglichen Schenkelabschnitts 24 des isolierenden Elements gebildet, wie in 13A gezeigt. Der elektrische Widerstand der Außenfläche des länglichen Schenkelabschnitts 24 wird daher gesenkt, was bewirkt, dass die Entladespannung gesenkt wird. Als Folge kann ein Funke leicht in einem Zwischenraum von dem länglichen Schenkelabschnitt 24 angrenzend an die Masseelektroden 16 erzeugt werden. Wenn eine Funkenentladung auftritt, werden leitende Partikel F1, die die leitende Schicht F ausmachen, infolge des Funkens zerstreut, wie in 13B gezeigt. Der Verschmutzungszustand der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor kann daher verbessert werden. Es kann in Betracht gezogen werden, dass der in 12A gezeigte Entladungszustand nach dem Ausbrennen der leitenden Schicht F wiederhergestellt ist.
Die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dieser Ausführung hat, wie in 1A gezeigt, die Struktur, dass die Frontfläche 12f der Mittelelektrode 12 über die Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt hinausragt. Der erste Spalt g1 ist daher zwischen der Außenfläche 12a des Vorsprungs und der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 gebildet. Andererseits ist der zweite Spalt g2 zwischen der Außenfläche des vorderen Endes des länglichen Schenkelabschnitts 24 und der Zündfläche 16a gebildet. Wenn die Verschmutzung nicht wesentlich fortgeschritten ist, tritt Funkenentladung daher an dem ersten Spalt g1 auf. Wenn die Verschmutzung fortgeschritten ist, tritt die Funkenentladung an dem zweiten Spalt g2 auf. Es kann daher in Betracht gezogen werden, dass eine Verschmutzungs-Erkennungs- und Reinigungsfunktion bereitgestellt wird, die imstande ist, den Grad des Fortschritts der Verschmutzung der Außenfläche des länglichen Schenkelabschnitts 24 automatisch zu erkennen, um die Verschmutzung auszubrenen.
Im Folgenden werden drei von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführte Experimente und deren Ergebnisse beschrieben.
[Experiment 1]
Die Erfinder führten Experimente durch, um Einflüsse der Dicke tp des isolierenden Elements am vorderen Ende des länglichen Schenkelabschnitts 24 des isolierenden Elements 20 und der Differenz Δϕd zwischen der Mittelelektrode 12 und dem axialen Loch 26 auf die Haltbarkeit der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zu untersuchen. 2 zeigt die Ergebnisses der Experimente.
Auf 2 verweisend ist das "Wärmewiderstands-Vorzündungsvorrücken" ein Vorrücken, bei dem Vorzündung auftritt. Die "Zahl benötigter Zyklen, um 10 MOhm in einem Vor-Lieferungstest zu erreichen" ist die Zahl benötigter Zyklen, damit der Isolationsiwderstand der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor auf 10 MOhm in einem Rauchschmutztest gesenkt wird, der in einem Test (JIS D 1606) zur Adaptierbarkeit einer Zündkerze für ein Automobil an einen Motor geregelt ist (s. 11).
Das heißt, wenn die Zahl der Zyklen erhöht wird, wird die Verminderung des Isolationswiderstands verzögert. Das heißt, leitende und verschmutzende Substanzen wie Kohlenstoff und Metalloxide können leicht akkumuliert werden (ausgezeichneter Verschmutzungswiderstand).
Das "Zündbarkeit und Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F), bei dem Fehlzündung auftritt" ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem 1 % Fehlzündung auftritt.
Bei den Experimenten wurden Zündkerzen A bis E für Verbrennungsmotoren eingesetzt. Zündkerze A war die in 14 und 15A gezeigte herkömmliche Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Struktur, bei der der Luftspalt ga 0.5 mm war und die Dicke tp des isolierenden Elements 1.1 mm betrug.
Zündkerze B entsprach dem ersten Aspekt der Erfindung und hatte eine Struktur, bei der die Dicke tp des isolierenden Elements 0.9 mm betrug, was 0.2 mm weniger als die von Zündkerze A war.
Wie in 2 gezeigt war die Zahl benötigter Zyklen, damit Kerze B in dem Vor-Lieferungs-Verschmutzungstest 10 MOhm erreicht, 15, was um 3 Zyklen mehr war als die 12 für die her kömmliche Kerze A benötigten Zyklen.
Das heißt, es wurde eine Tatsache festgestellt, dass die Vergrößerung der Dicke tp des isolierenden Elements den Verschmutzungswiderstand verbesserte.
Zündkerze C entsprach einer anderen Ausführung des ersten Aspekts und war so strukturiert, dass die Dicke tp des isolierenden Elements verglichen mit der der herkömmlichen Zündkerze A um 0.2 mm reduziert und der Luftspalt ga auf 0.6 mm vergrößert wurde, was 0.1 mm mehr war als der der herkömmlichen Kerze A. Wie in 2 gezeigt war die Zahl benötigter Zyklen, damit Kerze C in dem Vor-Lieferungs-Verschmutzungstest 10 MOhm erreicht, 14, was um 2 Zyklen mehr war als die 12 für die herkömmliche Kerze A benötigten.
Das heißt, es wurde eine Tatsache festgestellt, dass auch in einem Fall, wo die Dicke tp des isolierenden Elements redzuziert und der Luftspalt ga vergrößert wurde, eine Verbesserung in dem Verschmutzungswiderstand möglich war.
Eine in 2 nicht gezeigte Annahme wurde gemacht, dass die Vergrößerung des Luftspaltes das leichte Auftreten der oben erwähnten Brücke verhinderte.
Zündkerze D entsprach dem zweiten Aspekt der Erfindung und war so strukturiert, dass der Luftspalt ga und die Dicke tp des isolierenden Elements die gleichen waren wie die der herkömmlichen Kerze A. Außerdem betrug die Durchmesserdifferenz Δϕd 0.06 mm, was um 0.03 mm weniger war als 0.09 mm der herkömmlichen Kerze A. Außerdem betrug die Länge L des länglichen Schenkelabschnitts 24 13 mm, warum 1 mm mehr war als 12 mm der herkömmlichen Kerze A. Wie in 2 gezeigt war die Zahl benötigter Zyklen, damit Kerze D in dem Vor-Lieferungs-Verschmutzungstest 10 MOhm erreicht, 17, was um 5 Zyklen mehr war als die 12 für die herkömmliche Kerze A benötigten. Die Zahl von Zyklen war größer als die für die Kerzen B und C benötigte.
Das heißt, eine Tatsache wurde ermittelt, dass, wenn die Differenz Δϕd des Durchmessers reduziert und die Länge L des Schenkels verlängert wurde, der Verschmutzungswiderstand weiter verbessert wurde.
Zündkerze E entsprach dem dritten Aspekt der Erfindung und war so strukturiert, dass der Luftspalt ga und die Dicke tp des isolierenden Elements die gleichen waren wie die der Kerze C. Außerdem waren die Durchmesserdifferenz Δϕd und die Länge L des Schenkels die gleichen wie die von Kerze D. Wie in 2 gezeigt war die Zahl benötigter Zyklen, damit Kerze E in dem Vor-Lieferungs-Verschmutzungstest 10 MOhm erreicht, 21, was um 9 Zyklen mehr war als die 12 für die herkömmliche Kerze A benötigten. Die obige Zahl von Zyklen war die größte unter allen Kerzen.
Das heißt, eine Tatsache wurde festgestellt, dass der Verschmutzungswiderstand weiter verbessert wurde, wenn die Dicke tp des isolierenden Elements verringert, der Luftspalt ga vergrößert, die Differenz Δϕd des Durchmessers verringert und die Länge L des Schenkels verlängert wurden. Daraus folgt, dass der Verschmutzungswiderstand weiter verbessert werden kann.
[Experiment 2]
Die Erfinder führten dann Experimente durch, um einen Einfluss der Dicke tp des isolierenden Elements auf das Auftreten von Durchdringung zu untersuchen. 7A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die die vorderen Enden der Zündkerzen für Verbrennungsmotoren zur Verwendung in den Experimenten zeigt. 7B ist eine Tabelle, die Ergebnisse der Experimente zeigt.
Wein 7A gezeigt, hatte die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zur Verwendung in diesem Experiment eine Struktur, bei der der Luftspalt ga 0.5 mm betrug, die Höhe T1 des Vorsprungs der Mittelelektrode 12 über dem länglichen Schenkelabschnitt 24 0.3 mm betrug, und die Höhe T2 des länglichen Schenkelabschnitts 24 von der Seitenfläche 24f angrenzend an den Zündabschnitt zu dem oberen Ende 16c der Zündfläche 16a 0.5 mm betrug. Außerdem betrug die Länge L des Schenkels 12 mm, der Durchmesser ϕd1 der Mittelelektrode 12 betrug 2.1 mm, und der Durchmesser ϕd2 des axialen Lochs 26 betrug 2.18 mm.
Das Experiment wurde dreimal durchgeführt, sodass die in 7A gezeigte Zündkerze für einen Verbrennungsmotor in einem 6-Zylinder, 2-Liter DOHC-Motor montiert wurde. Dann wurde der Motor für 400 Stunden bei 5,000 Upm in einem Drosselklappen-WOT-(Drossselklappe weit offen) Zustand betrieben. Die Dicke tp des isolierenden Elements wurde in einem Bereich von 0.7 mm bis 1.1 mm in einem Fall verändert, wo das Potenzial der Mittelelektrode 12 ähnlich wie bei der herkömmlichen Struktur negativ gemacht wurde, und in einem Fall, wo dasselbe wie bei der vorliegenden Erfindung positiv gemacht wurde. Es wurde daher untersucht, ob Durchdringung auftrat oder nicht.
In 7B gibt das Symbol O kein Auftreten von Durchdringung an, und das Symbol x gibt das Auftreten von tiefer Kanalisierung (0.4 mm oder mehr) oder das Auftreten der Durchdringung an.
Wenn das Potenzial der Mittelelektrode 12 negativ war, trat Durchdringung in einem Bereich auf, in dem die Dicke tp des isolierenden Elements einen Bereich von 0.7 mm bis 1.0 mm erfüllte, wie in 7B gezeigt. Wenn das Potenzial der Mittelelektrode 12 positiv war, trat in allen drei Experimenten keine Durchdringung über dem Bereich der Dicke tp des isolierenden Elements von 0.7 mm bis 1.1 mm auf.
Das heißt, die vorliegende Erfindung, die so strukturiert war, dass das Potenzial der Mittelelektrode 12 positiv gemacht und Spannung angelegt wurde, war in der Lage, die Durchdringung zu verhindern, wenn die Dicke tp des isolierenden Elements verringert wurde.
[Experiment 3]
Die Erfinder führten Experimente durch, um einen Einfluss der Differenz Δϕd auf das Auftreten eines Bruchs des isolierenden Elements zu untersuchen. 8A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die das vordere Ende der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zur Verwendung in den Experimenten zeigt. 8B ist eine Tabelle, die Ergebnisse der Experimente zeigt.
Wie in 8A gezeigt war die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zur Verwendung in den Experimenten die gleiche wie die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zur Verwendung in Experiment 2, mit der Ausnahme, dass die Dicke tp des isolierenden Elements 1.1 mm betrug.
Das Experiment wurde dreimal durchgeführt, sodass die in 8A gezeigte Zündkerze für einen Verbrennungsmotor in einem 6-Zylinder, 2-Liter DOHC-Motor montiert wurde. Des Weiteren wurde der Motor für 500 Stunden so betrieben, dass der Betrieb des Motors bei 5,000 Upm in einem Zustand mit weit geöffneter Drosselklappe für 1 Minute und Leerlauf für 1 Minute wiederholt wurde. Die Differenz Δϕd im Durchmesser wurde in einem Bereich von 0.06 mm bis 0.10 mm in einem Fall verändert, wo das Potenzial der Mittelelektrode 12 ähnlich wie bei der herkömmlichen Struktur negativ gemacht wurde, und in einem Fall, wo dasselbe wie bei der vorliegenden Erfindung positiv gemacht wurde. Es wurde daher untersucht, ob ein Bruch auftrat oder nicht. In 8B gibt das Symbol O kein Auftreten eines Bruchs an, und das Symbol x gibt das Auftreten eines Bruchs an.
Wenn das Potenzial der Mittelelektrode 12 negativ gemacht wurde, wie in 8B gezeigt, trat ein Bruch in einem Bereich der Differenz Δϕd des Durchmessers von 0.06 mm bis 0.08 mm auf. Wenn das Potenzial der Mittelelktrode 12 positiv gemacht wurde, trat in allen drei Experimenten kein Bruch über dem Bereich der Differenz Δϕd des Durchmessers von 0.06 bis 0.10 mm auf.
Das heißt, die vorliegende Erfindung, die so strukturiert war, dass das Potenzial der Mittelelektrode 12 positiv war, wenn Spannung angelegt wurde, war in der Lage, einen Bruch zu verhindern, selbst wenn die Differenz Δϕd des Durchmessers verringert wurde.
Eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Zündkerze für einen Verbrennungsmotor wird nun mit Verweis auf 3 bis 6 beschrieben.
Die in 3 gezeigte Zündkerze für einen Verbrennungsmotor hat die Struktur, dass die Vorderfläche 12f der Mittelelektrode 12 über das obere Ende 16c der Zündfläche 16 hinausragt. Des Weiteren ist ein längliches funkenresistentes Verbrauchselement 12c an der Außenfläche 12a des Vorsprungs befestigt.
Das funkenresistente Verbrauchselement 12c besteht aus einem Material mit einem Schmelzpunkt höher als Inconel, das eine Nickellegierung ist. Das Material ist z.B. Edelmetall, eine Edelmetalllegierung oder ein gesintertes Material von Edelmetall, z.B. Platin (Pt), Platin-Iridium (Pt-Ir), Platin-Nickel (Pt-Ni), Platin-Iridium-Nickel (Pt-Ir-Ni), Platin-Rhodium (Pt-Rh), Iridium-Rhodium (Ir-Rh) und Iridium-Yttrium.
In dem obigen Fall wird der Entladungsweg für einen Funken hauptsächlich zwischen der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 und dem funkenresistenten Verbrauchselement 12c gebildet. Das heißt, der Entladungsweg entlang der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 wird verkleinert. Daher kann Kanalisierung der Seitenfläche 24f angrenzend an den Zündabschnitt verhindert werden. Außerdem wird das funkenresistente Verbaruchselement 12c angebracht. Die Menge des Verbrauchs der Mittelelektrode 12 kann daher verringert werden.
Das heißt, die in 3 gezeigte Struktur ist in der Lage, die Haltbarkeit der Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zu verbessern.
Der Durchmesser ϕd1 der Mittelelektrode 12 beträgt 1.8 mm, was 0.3 mm mehr ist als der der in 1 gezeigten Mittelelektrode 12. Die Wärmekapazität kann daher reduziert werden, und die Temperatur kann schnell erhöht werden. Das Zündvermögen kann somit verbessert werden.
Die Differenz Δϕd des Durchmessers beträgt 0.06 mm, während der Spalt ga 0.6 mm beträgt. Die obigen Werte sind die gleichen wie die der in Experiment 1 eingesetzten Kerze E. Die Dicke tp des isolierenden Elements beträgt jedoch 0.8 mm, was 0.1 mm weniger ist als 0.9 mm der Kerze E. Der Verschmutzungswiderstand kann daher weiter verbessert werden.
Eine in 4 gezeigte Zündkerze für einen Verbrennungsmotor hat eine Struktur, bei der ein funkenresistentes Verbrauchselement 12d an der Vorderfläche 12f der Mittelelektrode 12 befestigt ist. Die Vorderfläche 12f der Mittelelektrode 12, die Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 angrenzend an den Zündabschnitt und das obere Ende 16c der Zündfläche 16a sind miteinander bündig gemacht.
Die obige Struktur ist frei von entgegengesetzten Abschnitten zwischen der Außenfläche 12a der Mittelelektrode 12 und der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16. Wenn der Verschmutzungsgrad nicht wesentlich fortschreitet, wird der Entladungsweg zwischen dem oberen Ende 16c der Zündfläche 16a und dem Ende 12g der Mittelelektrode 12 gebildet, wie mit Symbol S in 4 angezeigt. Der Entladungsweg umgeht daher die Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24.
Da das Auftreten von Kanalisierung verhindert werden kann, kann die Haltbarkeit verbessert werden.
Der Durchmesser ϕd1 der Mittelelektrode 12 beträgt 1.6 mm, was noch um 0.2 mm weniger als der in 3 gezeigte ist. Das Zündvermögen kann daher weiter verbessert werden.
Eine in 5A gezeigte Zündkerze für einen Verbrennungsmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenfläche 24j des länglichen Schenkelabschnitt 24 verjüngt ist.
Obwohl die Form des länglichen Schenkelabschnitts 24 die gleiche wie die der herkömmlichen Zündkerze ist, sind die Dicke tp des isolierenden Elements und die Differenz Δϕd im Durchmesser die gleichen wie die in 3 gezeigten. Daher kann die Haltbarkeit verglichen mit der herkömmlichen Zündkerze ähnlich der in 3 gezeigten Zündkerze verbessert werden.
Das heißt, die Struktur, bei der die Dicke tp (s. 5B) des isolierenden Elements reduziert ist, die Differenz Δϕd im Durchmesser reduziert ist, und die Entladespannung so angelegt wird, dass das Potenzial der Mittelelektrode 12 positiv gemacht wird, ermöglicht es, die Haltbarkeit zu verbessern, wenn der längliche Schenkelabschnitt 24 die gerade Form die verjüngte Form aufweist.
Eine in 6 gezeigte Zündkerze für einen Verbrennungsmotor ist ein so genannte unterbrechende Kriechentladungs-Zündkerze mit einem zwischen der Seitenfläche 24f des länglichen Schenkelabschnitts 24 und dem unteren Ende 16d der Zündfläche 16a der Masseelektroden 16 gebildeten Spalt. Die Durchmesserdiferenz Δϕd beträgt 0.06 mm, und die Länge W des ersten Spalts g1 beträgt 1.1 mm.
Die unterbrechende Kriechentladungs-Zündkerze mit der Struktur, bei der die Durchmesserdifferenz Δϕd reduziert ist, ermöglicht es, die Länge L des Schenkels zu verlängern. Der Verschmutzungswiderstand kann daher verbessert werden.
Wie oben beschrieben ermöglicht es jede der in 3 bis 6 gezeigten Strukturen, eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor zu verwirklichen, die verglichen mit der herkömmlichen Struktur verbesserte Haltbarkeit aufweist.
Es ist vorzuziehen, dass die kleinste Dicke tp des isolierenden Elements 0.5 mm beträgt, um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Es ist vorzuziehen, dass die kleinste Durchmesserdifferenz Δϕd 0.04 mm beträgt (0.03 mm in Anbetracht von Zerstreuung).

Claims

Zündkerzen-Zündsystem, das umfasst: eine Zündkerze, die umfasst: ein isolierendes Element (20) mit einem axialen Loch (26), das entlang eines Mittelschaftes (18) ausgebildet ist, eine stabförmige Mittelelektrode (12), die in dem axialen Loch aufgenommen ist, sowie eine Masseelektrode (16), mit der ein Zündabschnitt (16a) gegenüber der Außenfläche (12a) der Mittelelektrode ausgebildet ist, wobei die Zündkerze wenigstens eine der folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllt: (a) wenn das isolierende Element entlang der Mittelachse geschnitten wird und eine erste Verlängerungslinie (60a) in der Form, die entsteht, wenn eine Linie (60) nach außen verlängert wird, die eine Abschlussfläche des isolierenden Elementes an den Zündabschnitt angrenzend anzeigt, sowie eine zweite Verlängerungslinie (61a, 63a) in der Form, die entsteht, wenn eine Linie (61, 63) verlängert wird, die die Außenfläche des isolierenden Elementes in der Nähe des Zündabschnitts anzeigt, gezogen werden, beträgt der Abstand tp von einem Schnittpunkt (62, 64) zwischen der ersten und der zweiten Verlängerungslinie zu einer Linie, die eine Innenfläche des axialen Lochs an den Zündabschnitt angrenzend anzeigt, 1,0 mm oder weniger (tp ≤ 1,0 mm); und (b) die Differenz (ϕd₂ – ϕd₁) zwischen dem Durchmesser ϕd₁ der Mittelelektrode und dem Durchmesser ϕd₂ des axialen Lochs beträgt 0,8 mm oder weniger {(ϕd₂ – ϕd₁) ≤ 0,8 mm}; und eine Spannungsanlegeeinrichtung (51), die Spannung zwischen der Mittelelektrode (12) und der Masseelektrode (16) so anlegt, dass die Polarität der Mittelelektrode (12) positiv ist und die der Masseelektrode (16) negativ ist.
Zündkerzen-Zündsystem nach Anspruch 1, wobei eine Vorderfläche (12f) der Mittelelektrode (12) über ein oberes Ende (16c) der Zündfläche (16a) hinaus vorsteht und ein längliches Funkenwiderstands-Verbrauchselement (12c) an einer Außenfläche (12a) der vorstehenden Elektrode befestigt ist.
Zündkerzen-Zündsystem nach Anspruch 1, wobei ein Funkenwiderstands-Verbrauchselement (12d) an einer Vorderfläche (12f) der Mittelelektrode (12) befestigt ist und die Vorderfläche (12f) der Mittelelektrode (12), eine Seitenfläche (24f) eines länglichen Schenkelabschnitts (24) an den Zündabschnitt angrenzend und ein oberes Ende (10c) der Zündfläche (16a) bündig miteinander sind.
Zündkerzen-Zündsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Außenfläche (24j) eines länglichen Schenkelabschnitts (24) des isolierenden Elementes (20) konisch ist.